Исследование основных характеристик колеса автомобиля, как объекта управления

 

 

Лабораторная  работа №3: «Исследование ИНКА-системы контроля давления в шинах автомобиля в движении»

Цель работы: Изучение конструкции и принципа действия ИНКА-системы, экспериментальное исследование основных характеристик косвенного измерения разностей давления.

Краткие теоретические сведения и  основные соотношения

 

Задача  измерения разностей давлений воздуха  в шинах автомобиля в движении возникает в системах активной безопасности при решении общей задачи динамической стабилизации координат состояния автомобиля как объекта управления.

Решение задачи косвенных измерений в парах шин в ИНКА - системах основано на свойствах математической модели процесса изменения углов поворота колес и , измеряемых с помощью датчиков событий.

 

Так,  угол   поворота колеса в      момент  времени   t представим в виде:

Датчик   событий   при  формирует  импульсы в моменты времени , соответствующие выполнению условия для приращения угла поворота колеса:

  где

  -   число   постоянных   магнитов датчика,   равномерно расположенных на внутренней поверхности обода;

 - целое число натурального ряда

Импульсы   двух   последовательностей   с  и датчиков совпадают в моменты времени при  выполнении следующего условия для разности приращений:

  - число магнитов   и  датчиков;

  разность     чисел     импульсов    и последовательностей.

 

Высокая    чувствительность    виртуального    преобразователя    в области малых позволяет исключить подсчет и вычисление предполагающие использование компьютера, путем замены на в       уравнении       выходной характеристики преобразователя. В этом случае, при оценка

 интервал    пути,    проходимый    объектом    за    период повторения   событий   совпадений   импульсов и датчиков, измеряемый в км.

Модуль  определяется   в   этом   случае   при   настройке измерений при задании по величине а знак - из условия обращения в ноль которое выполняется при

При     идентифицированном    возникает     возможность определения износов кордов а также собственно Неоднозначность обратного преобразования приводит к  двум решениям:

Выбор минимального по модулю из двух решений позволяет   определить    наиболее    вероятное   значение  при условии, что скорость изменения ограничена, а Если то  оба  решения  становятся  равноправными  и определяется с точностью до знака. С точки зрения частной задачи динамической стабилизации давлений, такое решение является неполным, т.к. не учитывает верхних и нижних границ давлений, определяемых износами кордов и протекторов.

 

В состав технических средств ИНКА - системы входят датчики индукционного  типа, кабель связи и блок обработки  и индикации информации. Датчики  устанавливаются на каждом колесе автомобиля, включая запасное. Датчик состоит  из двух диаметрально расположенных  постоянных магнитов, наклеиваемых внутри обода и индукционной катушки, устанавливаемой  на тормозном щите с помощью специального кронштейна.

 

На рис. 1. приведен поперечный разрез по колесу передней подвески с установленным датчиком.

 

Рис. 1. Поперечный разрез по колесу передней подвески с установленным датчиком ИНКА-системы.

Обозначение основных элементов:

1-шина;

2-обод;

3-тормозной щит; 

4-тормозной диск;

5-поворотная цапфа колеса;

б-ступица колеса;

7-болт крепления колеса;

 

 

 

Кабель  связи осуществляет коммутацию датчика  с блоком обработки и индикации. Блок ИНКА устанавливается на передней панели в удобном для водителя месте. На лицевой панели блока ИНКА (рис.) выведены четыре информационных светодиода прямоугольной формы, соответствующих расположению колес автомобиля (вид сверху) и два круглых контрольных светодиода.

 

 

Рис.  2. Блок  ИНКА  и временная диаграмма сигналов   на контрольном индикаторе передней пары колес.

 

Сигналы с  датчиков вращения колес поступают на соответствующие    прямоугольные    светодиоды,    которые    начинают светиться, начиная со скоростей 20 км/ч. На контрольные светодиоды поступают сигналы которые начинают светиться при и что происходит периодически  при совпадении импульсов во времени с периодом аналогично случаю приведенному на рис.2. Оценки интервалов и выполненные по счетчику пути штатного спидометра автомобиля, позволяют оценивать по табулированным значениям зависимости, определять в режиме настройки а также формировать оценки по уравнению

 

Результаты  измерений и рассчитанные значения

 

1. Результаты измерений:

∆T12, c	13,82	22,89	31,30	40,64	51,39	64,31	76,12	17,62
∆L12, м	971,3	1608,7	2199,8	2856,2	3611,7	4519,7	5349,7	5455,1

 

2. Вычисление значений :

;    ,             где

 

- статический радиус колеса:

- коэффициент линейного удлинения  шины под действием внутреннего  давления;

М=2 – количество датчиков;

 

;

 

 

 

∆T12, c	13,82	22,89	31,30	40,64	51,39	64,31	76,12	17,62
∆L12, м	971,3	1608,7	2199,8	2856,2	3611,7	4519,7	5349,7	5455,1
|∆P12|	0,304	0,184	0,134	0,103	0,082	0,065	0,055	0,054
∆Rc12, мм	0,304	0,184	0,134	0,103	0,082	0,065	0,055	0,054

Вывод: Используемая математическая модель позволяет определять разность давлений в осевой паре колес используя косвенные измерения. Также возможна оценка износа корда косвенным методом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная  работа №4: «Исследование компьютерной ИНКА-системы контроля давления воздуха в шинах автомобиля»

Цель работы: Изучение конструкции, принципа действия, особенностей эксплуатации компьютерной ИНКА-системы, экспериментальное исследование основных характеристик и режимов функционирования

 

Теоретические сведения

 

Задача  оценивания текущих значений давлений Р_i воздуха в шинах автомобиля возникает в ИНКА-системе активной безопасности в связи с необходимостью проверки выполнения условий предотвращения пробуксовок на скользких покрытиях, асимметрии колесных пар, разрыва кордов шин, при оценке интенсивностей износа протекторов и температур перегрева шин, а также при оценивании скоростей, ускорений, пройденных интервалов пути для каждого колеса и центра масс автомобиля, при оценке угла поворота управляемых колес автомобиля и идентификации К_гр углов схождения колес и др. Все приведенные условия и оценки значимых переменных непосредственно зависят величин Р_i, которые могут изменяться в достаточно широких пределах и в движении не наблюдаемы.

Входными  данными, используемыми виртуальным  преобразователем давлений Р_i в ИНКА-системе, являются оценки разностей давлений AP_ij=P_i-P_j, формируемые в дискретные моменты времени с помощью виртуального преобразователя числа оборотов i - го и j - го колес в ΔP_ij. Для традиционной 4-х колесной схемы легкового автомобиля общее число разностей ΔP_ij = - ΔP_ij (1 <= i, j < =4) равно 6, однако в качестве входных данных преобразователя могут использоваться не только полные наборы [ΔP₁₂, ΔP ₁₃, ΔP₁₄, ΔP ₂₃, ΔP ₂₄, ΔP ₃₄], но и их усеченные комбинации, например [ΔP₁₂, ΔP₃₄] или [ΔP ₁₃, ΔP₂₄] и др.

Если  прямая задача определения разностей  ΔP_ij = Р_i — P_j при известных Р_i и P_j по их разностям является тривиальной, то обратная задача определения P_i, P_j по их разностям имеет бесконечное множество решений и относится к числу некорректных. Для ее решения требуется введение дополнительных условий или доопределение задачи. В зависимости от того, какие именно дополнительные условия вводятся при решении задачи оценивания Р_i, различаются несколько типовых алгоритмов оценивания, рассматриваемых ниже. Общим же для этих условий является то, что они учитывают свойства процесса изменения Р_i.

Математическая  модель процесса изменения давления Р_i, представим в виде следующей системы дифференциальных уравнений:

(1)

α_i - интенсивность падения давления в i - й шине (бар/с);

β_i -интенсивность увеличения давления в i-й шине при подключении в внешнему компрессору (бар/с);

γ_i -интенсивность изменения давления в результате изменения температуры i - й шины (бар/с).

где -тепловая составляющая давления, P_i(0)- начальное значение давления в t = 0, ΔТ_i -температура перегрева i-й шины, равная (Т_i -Т_ос); Т_ос - температура окружающей среды; и

Решение системы  уравнений (1) запишем в виде:

           (2)

Преобразуем (2) к форме:

                                       (3)

где                              

P_iH — номинальное значение давления в i - й шине;

Отклонение  давления от номинала без учета тепловой составляющей ΔP_Ti(t):

ΔP_Ti(t₀) - величина тепловой составляющей давления в момент времени t₀.

Величина  разности давлений ΔP_ij(t) = P_i(t) — P_j(t) с учетом (3) равна:

(4)

 

Алгоритм оценивания по схеме 1 из 4-х основан на допущении о том, что номиналы давлений в передней и задней парах колес соответственно равны Р_1Н=Р_2Н и Р_3Н = Р_4Н тепловые составляющие ΔР_Т1 =ΔР_Т2 и ΔР_Т3 = ΔР_Т4, а отклонение давлений от номиналов ΔP_i(t) равны нулю во всех шинах, кроме одной, номер которой неизвестен. Сформируем функционал F=| ΔР₁₂-ΔР₃₄|=| ΔР₁₃-ΔР| из оценок разностей давлений осевых (ΔР₁₂ и ΔР₃₄) или бортовых (ΔР₁₃ и ΔР₂₄) пар. При ΔР_ij = ΔP_ij получим, что F =| Р₁ - Р₃ -Р₂ + Р₄|. Если ΔР_T1 ΔР_Т2, а ΔР_ТЗ ΔР_Т4, что обычно наблюдается в условиях эксплуатации и принято в качестве допущения, то:

(5)

при ΔP_j =0, 1 <=j <= 4, кроме j =i

 

Алгоритм  оценивания по рассмотренной схеме  не позволяет определить номер i шины с отклонением давления от номинала, однако сам факт этого отклонения обнаруживается как результат выполнения условия | ΔР_i| > ΔР_гр, независимо от знака ΔP_j. Преимуществом данного алгоритма является возможность получения правильного результата при некоторых наборах ошибочных данных. Так, при ΔР₁₂=ΔР₁₂+ξ и ΔР₃₄=ΔР34+ ξ, где ξ - искажение, возникающее при прохождении виражей или при движении по неровной поверхности, разности ΔР₁₂-ΔР₃₄ = ΔР₁₂-ΔР₃₄ и ΔР₁₃-ΔР₂₄ =ΔР₁₃-ΔР₂₄, что происходит в результате компенсации влияния ξ, на результат оценивания. Отмеченная особенность придает такому алгоритму свойство робастности или низкой чувствительности к погрешностям измерений. Однако P_j, как переменные состояния, остаются ненаблюдаемыми, что ограничивает возможность применения этого алгоритма в системах активной безопасности.