Исследование метода определения параметров автомобиля. Монография

го стенда, а также предложена методика проведения ускоренных испытаний при инструментальном контроле тягово-скоростных свойств автомобиля.

Новизна в постановке задач исследования заключается в использовании методов автоматической идентификации информационных параметров на режиме «разгон – выбег» при разработке новых технологий испытаний на инерционном стенде с беговыми барабанами.

Результаты исследований и их реализация в конструкции инерционных стендов с беговыми барабанами позволят существенно сократить время испытаний автомобиля при инструментальном контроле с одновременным повышением точности получаемой информации, что даст определенный экономический эффект. Полученные результаты исследований могут быть использованы в разработке бортовых систем диагностики силового агрегата и ходовой системы транспортного средства.

~ 4 ~

1.МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ВРАЩАЮЩИХСЯ И ПОСТУПАТЕЛЬНО ДВИЖУЩИХСЯ

МАСС ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

1.1.Обзор известных методов определения моментов инерции вращающихся и поступательно движущихся масс автомобиля

1.1.1. Обзор патентных разработок

Используя информационные ресурсы [35], а именно открытые реестры по зарегистрированным объектам, в рамках определения новизны и актуальности темы исследования проведем критический обзор патентных разработок.

Рассмотрим способ определения момента инерции механизма, описанный в патенте [19]. Он заключается в том, что к механизму присоединяют электродвигатель с известным моментом инерции и временем разгона его без нагрузки, разгоняют последний до установившейся частоты вращения, измеряют время разгона с нагрузкой системы «механизм – электродвигатель» и вычисляют момент инерции. Данный способ имеет существенные недостатки: при определении значительных величин момента инерции необходимо вводить дополнительный приводной элемент, имеющий свой собственный момент инерции; для определения момента инерции силового агрегата необходимо последний снимать с транспортного средства; определить момент инерции трансмиссии и ходовой системы автомобиля затруднительно; при косвенном определении момента инерции по изменению времени разгона механизма погрешность измерений будет существенной.

Рассмотрим стенд для испытаний и обкатки двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте [20]. Он содержит испытуемую машину и приводной двигатель, сообщенный с машиной через гидропередачу, включающую регулируемую обратимую гидромашину,

~ 5 ~

кинематически связанную с приводным двигателем, и обратимую гидромашину, кинематически соединенную с испытуемой машиной и гидравлически – с регулируемой обратимой гидромашинной. Данный стенд можно рассмотреть как привод беговых барабанов стенда от электродвигателя для определения моментов инерции вращающихся и поступательно-движущихся масс автомобиля.

При резонансном способе измерения моментов инерции изделий типа тел вращения, описанном в патенте [21], регулируют частоту колебаний электромеханической системы без изделия при фиксированной жесткости электродвигателя до резонанса и фиксируют частоту собственных незатухающих колебаний, затем при фиксированной частоте электромеханической системы регулируют жесткость электродвигателя с закрепленным изделием до наступления резонанса, измеряют величину жесткости, соответствующую резонансному режиму, и вычисляют момент инерции. Данный способ требует снятия силового агрегата с транспортного средства, что является существенным недостатком при проведении диагностики состояния силового агрегата на линии инструментального контроля, и не позволяет определить момент инерции трансмиссии и ходовой системы автомобиля.

Рассмотрим способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания путем непрерывного измерения при многократных разгонах и выбегах двигателя без нагрузки средних значений в цикле работы двигателя, а также на рабочем такте каждого цилиндра, угловых скорости и ускорения коленчатого вала, измерения амплитуд заданных гармонических составляющих ускорения, описанный в патенте [22]. Способ заключается в том, что в режиме разгона от минимальной частоты вращения холостого хода до максимальной непрерывно измеряют в цикле работы двигателя с привязкой по углу поворота коленчатого вала мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, выделяют заданные гармонические составляющие ускорения, аналогично измеряют скорости и ускорения в режиме выбега от максимальной до минимальной частоты вращения и – при достижении двигателем заданной частоты вращения – вычитают из ускорения разгона эти гармонические составляющие и ускорение выбега, определяют средние значения полученных величин в каждом цилиндре за рабочий ход его поршня и по их соотношению судят о степени неравномерности ра-

~ 6 ~

боты цилиндров, а по амплитудам заданных гармонических составляющих – о степени неуравновешенности двигателя. Данный способ имеет существенный недостаток – измерение углового ускорения на практике связано с большими погрешностями, что неприемлемо при проведении диагностики на линии инструментального контроля.

Способ определения мощности двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте [23], заключается в том, что в условиях эксплуатации при минимальных оборотах холостого хода двигателя мгновенно увеличивают подачу топлива до максимального значения и по достижении номинальных оборотов измеряют ускорение коленчатого вала, производят измерение углового ускорения коленчатого вала двигателя, с тем чтобы по произведению значения ускорения на приведенный момент инерции двигателя определить крутящий момент двигателя при заданном режиме и мощность умножением крутящего момента на заданную частоту вращения коленчатого вала двигателя. Данный способ можно принять за основу при разработке нового метода определения момента инерции силового агрегата, трансмиссии и ходовой системы автомобиля, он не требует снятия силового агрегата с транспортного средства, но при его реализации может возникнуть трудность в определении значений углового ускорения коленчатого вала.

Рассмотрим способ определения крутящего момента двигателя в зависимости от частоты вращения вала двигателя по ускорению инерционной массы подвижных деталей, описанный в патенте [24]. Он заключается в замере времени каждого полного оборота вала двигателя, выполнении подряд нескольких циклов замеров в режиме разгона и в режиме выбега при выключенном двигателе и усреднении данных замеров, определении значений ряда интервалов времени последовательных полных оборотов вала двигателя, определении

зависимости угловой скорости ω = f (n) и зависимости углового ускорения ε = f (n) , где n – номер оборота, причем по этим зависимостям определяют зависимость ε = f (ω ), а зависимость крутящего момента от угловой скорости определяют по выражению M = J × ε (ω), где J – эквивалентный момент инерции подвижных

деталей. Данный способ требует снятия силового агрегата с транспортного средства, что является существенным недостатком при проведении диагностики состояния силового агрегата на линии ин-

~ 7 ~

струментального контроля и не позволяет определить момент инерции трансмиссии и ходовой системы автомобиля.

Способ определения скоростных характеристик двигателей [25] по ускорению и/или замедлению движущихся инерционных масс с помощью вычислительного средства и подключенного к нему датчика положения вала диагностируемого двигателя требует в установленном технологическом режиме отслеживать каждый полный оборот вала в виде исходного электрического сигнала определенной формы, преобразовав электрический сигнал в цифровой, определить временной интервал каждого фиксируемого оборота, формируя последовательный ряд временных интервалов отслеженных полных оборотов, по меньшей мере, одинарных, вычислить по нему угловую скорость и угловое ускорение вала. Данный способ не позволяет определить момент инерции трансмиссии и ходовой системы автомобиля.

Используя способ определения мощности механических потерь двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте [26], при работе двигателя на холостом ходу отключают подачу топлива (зажигания) в цилиндры, непрерывно измеряют значения угловой скорости коленчатого вала в смежных и равных угловых интервалах заданной величины в пределах цикла работы двигателя на любом скоростном режиме с синхронизацией начала измерения значений угловой скорости с положением коленчатого вала, соответствующим верхней мертвой точке (ВМТ) поршня конкретного цилиндра, в котором осуществляется такт расширения, в момент измерений отключают подачу топлива (зажигания) во второй по порядку работы цилиндр, получают зависимость угловой скорости по углу поворота коленчатого вала, а значения средней угловой скорости и ускорения коленчатого вала определяют на участке изменения (разгона) угловой скорости, соответствующего периоду изменения крутящего момента двигателя при осуществлении такта расширения в третьем по порядку работы цилиндре, по произведению которых на приведенный момент инерции двигателя судят о величине мощности механических потерь. Трудоемкость данного способа значительна, что неприемлемо при диагностике силового агрегата на линии инструментального контроля, способ требует наличия приведенного момента инерции, значение которого для каждого силового агрегата индивидуально.

Способ определения мощности двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте [27], заключается в том, что в условиях эксплуа-

~ 8 ~

тации при минимальных оборотах холостого хода двигателя мгновенно увеличивают подачу топлива до максимального значения и по достижении номинальных оборотов измеряют ускорение коленчатого вала с маховиком известного момента инерции, присоединенного к валу отбора мощности, и определяют действительный момент инерции двигателя. Данный способ требует снятия силового агрегата с транспортного средства, что является существенным недостатком при проведении диагностики состояния силового агрегата на линии инструментального контроля, и не позволяет определить момент инерции трансмиссии и ходовой системы автомобиля.

При использовании способа определения момента инерции двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства, описанного в патенте [28], на ступицу снятого ведущего колеса автотранспортного средства, смазочное и трансмиссионное масло двигателя внутреннего сгорания которого прогрето до рабочей температуры, устанавливается диск с эталонным моментом инерции, а момент инерции двигателя внутреннего сгорания определяется как произведение отношения углового ускорения системы вращающихся масс «агрегаты трансмис-

сии – коробка перемены передач – двигатель внутреннего сгорания»

при включенной прямой передаче коробки перемены передач к угловому ускорению системы вращающихся масс «двигатель внутреннего сгорания» на момент инерции системы вращающихся масс «агрегаты трансмиссии – коробка перемены передач – двигатель внутреннего сгорания» при включенной прямой передаче коробки перемены передач, равный отношению произведения углового ускорения системы вращающихся масс системы «диск с эталонным моментом инерции – агрегаты трансмиссии – коробка перемены передач – двигатель внутреннего сгорания» при включенной прямой передаче коробки перемены передач на момент инерции диска с эталонным моментом инерции к разности углового ускорения системы вращающихся масс

«агрегаты трансмиссии – коробка перемены передач – двигатель внутреннего сгорания» при включенной прямой передаче коробки перемены передач и углового ускорения системы вращающихся масс

«диск с эталонным моментом инерции – агрегаты трансмиссии – коробка перемены передач – двигатель внутреннего сгорания» при включенной прямой передаче коробки перемены передач. Данный способ требует снятия колеса с транспортного средства и установки маховика с известным моментом инерции, что является существен-

~ 9 ~

ным недостатком при проведении диагностики состояния силового агрегата на линии инструментального контроля, и не позволяет определить момент инерции трансмиссии и ходовой системы автомобиля.

Рассмотрим способ определения составляющих суммарного момента механических потерь двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте [29]. При проворачивании коленчатого вала двигателя стартером с постоянной частотой вращения при отсутствии подачи топлива измеряют суммарный момент механических потерь холодного двигателя с работающими вспомогательными механизмами и момент механических потерь с отключенными вспомогательными механизмами, подключают вспомогательные механизмы, прогревают цилиндропоршневую группу до температуры «горячего двигателя» и при «холодном» кривошипно-шатунном механизме проворачивают коленчатый вал и измеряют момент механических потерь двигателя с прогретой цилиндропоршневой группой, прогревают двигатель до температуры «горячего двигателя», проворачивают коленчатый вал и измеряют суммарный момент механических потерь «горячего двигателя», дополнительно декомпрессируют холодный двигатель, измеряют момент механических потерь при проворачивании коленчатого вала с работающим газораспределительным механизмом и момент механических потерь с отключенным газораспределительным механизмом. Данный способ требует снятия силового агрегата с транспортного средства и трудоемкость его проведения более чем значительна, что неприемлемо при проведении диагностики на линии инструментального контроля.

При применении способа определения момента инерции двигателя внутреннего сгорания [30] на фланец коленчатого вала устанавливается диск с эталонным моментом инерции, измеряется угловое ускорение системы вращающихся масс «диск с эталонным момен-

том инерции – двигатель внутреннего сгорания», далее диск с эта-

лонным моментом инерции демонтируется и определяется угловое ускорение системы вращающихся масс «двигатель внутреннего сго- рания», а момент инерции двигателя внутреннего сгорания определяется как отношение произведения углового ускорения системы вращающихся масс системы «диск с эталонным моментом инер- ции – двигатель внутреннего сгорания» на момент инерции диска с эталонным моментом инерции к разности углового ускорения си-

стемы вращающихся масс «двигатель внутреннего сгорания» и уг-

~ 10 ~