Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка, исследование и создание семейства устройств автоматического и командного привода управления многоступенчатыми трансмиссиями перспективных грузовых автомобилей и автобусов с использованием адаптивных микропроцессорных систем, обеспечивающих оптимальные показатели эксплуатационных свойств транспортных средств.

Докладчик: Блохин Александр Николаевич

Должность: Доцент кафедры, доцент, к.т.н., отвественный исполнитель проекта

Цель проекта:
Целью проекта является создание экспериментальных образцов трансмиссий с автоматическим и командным управлением для перспективных грузовых автомобилей и автобусов, обеспечивающих высокие динамические, экономические показатели и уменьшающих влияние человеческого фактора на процессы управления за счет применения адаптивных микропроцессортных систем. Конечный результат: - Экспериментальные образцы устройств автоматического и командного привода управления шестиступенчатой трансмиссии для перспективных тяжелых коммерческих транспортных средств и автобусов среднего и большого класса. - Экспериментальные образцы устройств автоматического и командного привода управления восьмиступенчатой трансмиссии для перспективных тяжелых грузовых автомобилей и многоцелевых транспортных средств - Экспериментальные образцы устройств автоматического и командного привода управления шестнадцатиступенчатой трансмиссии для перспективных автопоездов. Ведущие зарубежные автомобильные фирмы (Mercedes-Benz, MAN, Volvo, Renault, DAF, Scania и другие) уже выпускают грузовые автомобили с механическими автоматическими трансмиссиями, имеющими электропневматические механизмы переключения передач основного редуктора, делителя, демультипликатора и механизма управления сцеплением. При этом, наблюдается увеличение числа ступеней в механических коробках передач, к примеру, на автопоездах до 16-20. Данные многоступенчатые трансмиссии предназначены для тяжелых полно- и моноприводных грузовых автомобилей полной массой более 14 т., работающих в сложных дорожных условиях и в условиях бездорожья, колесных тягачах, самосвалах, автопоездах полной массой до 60 т., автобусах и транспортных средствах специального назначения. В настоящее время в России подобных трансмиссий не производят. Важно отметить, что подобные многоступенчатые трансмиссии отечественной разработки могли бы использоваться на транспортных средствах двойного назначения, что способствовало бы повышению оборонноспособности страны.

Основные планируемые результаты проекта:
1. При выполнении проекта будут получены следующие новые результаты:
1.1 Узлы и агрегаты:
- Экспериментальные образцы устройств автоматического и командного привода управления шестиступенчатой трансмиссии для перспективных тяжелых коммерческих транспортных средств и автобусов среднего и большого класса.
- Экспериментальные образцы устройств автоматического и командного привода управления восьмиступенчатой трансмиссии для перспективных тяжелых грузовых автомобилей и многоцелевых транспортных средств
- Экспериментальные образцы устройств автоматического и командного привода управления шестнадцатиступенчатой трансмиссии для перспективных автопоездов.

1.2 Научно-технические и методические результаты (аспекты)
- Алгоритм работы основной системы управления коробкой передач и сцеплением в автоматическом режиме
- Алгоритм работы основной системы управления коробкой передач и сцеплением при командном типе управления
- Алгоритм работы резервной системы управления коробкой передач и сцеплением
- Методика выбора оптимальных параметров автоматической системы управления ступенчатой механической коробкой передач и сцеплением
- Закон автоматического управления коробкой передач и сцеплением
- Аналитические зависимости для давлений, действующих в пневмоцилиндре при переключении передач.
- Математическая модель движения поршня в пневмоцилиндре при переключении передач.
- Математические выражения динамических нагрузок в синхронизаторе от диаметра жиклера электропневматического клапана и давления.
- Программы и методики экспериментальных исследований многоступенчатых коробок передач, устройств их автоматического и командного привода в дорожных условиях.
- Программы и методики лабораторных экспериментальных исследований на стенде многоступенчатых трансмиссий и устройств их автоматического и командного привода управления.
- Программа ЭВМ реализации алгоритма работы основной системы управления при командном типе управления коробкой передач и сцеплением
- Программа ЭВМ реализации алгоритма работы основной системы управления коробкой передач и сцепления в автоматическом режиме.
- Результаты дорожных экспериментальных исследований многоступенчатых трансмиссий и устройств их автоматического и командного привода;
- Результаты лабораторных экспериментальных исследований многоступенчатых трансмиссий и устройств их автоматического и командного привода в дорожных условиях;

1.3 Конструкторская документация:
- Конструкторская документация на семейство устройств автоматического и командного привода управления многоступенчатыми трансмиссиями перспективными грузовыми автомобилями и автобусами новых поколений

1.4 Патентные документы:
- Заявки на патенты на перспективные технические решения.

НГТУ обладает всеми необходимыми техническими, технологическими и электронно-вычислительными средствами для проведения фундаментальных, теоретических и прикладных исследований, конструирования, производства, всесторонних испытаний автомобильной техники, двигателей, трансмиссий, ходовых частей и т.д., имеется программно-аппаратный комплекс для проведения стендовых исследований, регистрации динамических процессов, в том числе тензометрических.
Научный и научно-технический подходы при работе по данной теме основаны на технологии создания автотранспортных средств которая разрабатывалась и развивалась в институте более 75 лет со дня основания кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ.

Для решения поставленных в проекте задач будут использоваться следующие методы:
Общие научные подходы:
– Использование методов структурного и параметрического синтеза; функционального синтеза; функционального анализа; метод научной абстракции; методов однофакторного и многофакторного анализа; методов экспертных оценок (позволяет на стадии выбора оптимального направления дальнейшего исследования избежать ошибочных решений).
– Системный подход к выбору технический решений .
– Методы аналитической механики.
– Методы регрессионного анализа.
– Теории оптимизации.
– Численные методы решения систем линейных и нелинейных дифференциальных уравнений.
– Научно-технический прогноз развития техники и технологий.
Научные подходы планирования эксперимента:
– Теория планирования эксперимента.
– Методы статистической обработки данных.
– Метод наименьших квадратов, используемый при аппроксимации экспериментальных данных.
Математическое моделирование и информационно аналитические подходы:
НГТУ располагает компьютерным оборудованием высокой производительности, позволяющим производить вычислительные исследования на математических модулях любой сложности:
– Методы математического моделирования.
– Использование современного компьютерного и офисного оборудования и программного обеспечение специализированной аудитории, научно-учебной и научно-исследовательской лабораторий (MathCAD, MATLAB, MSC Software, MS Office и других) (способствует повышению качества исследований, позволяет повысить точность расчетов, уменьшить время выполнения расчетов, выбрать наилучшие результаты).
– Метод визуально-ориентированного блочного имитационного моделирования сложных динамических систем (гарантирует решение поставленных задач на высоком научно-техническом уровне, обеспечивает возможность корректировки модели и ее уточнении по ходу выполнения этапов НИР) в пакетах MSC ADAMS, Kissoft, CATIA.
Расчетно-аналитические методы:
– Методы теории движения транспортных средств (позволяют решать задачи, связанные с определением эксплуатационных свойств транспортных средств на высоком инженерно-техническом уровне).
Прочие научно-технические подходы:
– Анализ литературных источников:
• докторские и кандидатские диссертации;
• монографии;
• публикации;
• реферативные журналы ВИНИТИ;
• учебники;
• научно-технические и научно-производственные российские и зарубежные журналы («Revue technique diesel», «Автомобильная промышленность», «Журнал ААИ», «Мир транспорта», «Авторевю», «Грузовик пресс», «За рулем», и другие).
• Анализ методик и подходов, опубликованных в статьях и диссертациях, позволит увеличить объем знаний для более глубокого понимания исследуемых процессов и выявления новых закономерностей.
– Обсуждение хода работ и полученных результатов на научно-технических семинарах.
– Нормативные документы, регламентирующие требования по коллективным спасательным средствам.
– ГОСТ 7.32-2001 (выполнение требований данного стандарта способствует повышению качества отчетной документации).

Экспериментальные исследования работоспособности синхронизированной многоступенчатой коробки передач, процессов синхронизации и разблокировки синхронизатора и другие экспериментальные исследования будут проводиться на уникальном стенде для испытаний коробок передач, разработанным в НГТУ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
а) Результаты работы будут иметь важное практическое значение при создании новой (перспективной) и модернизации выпускаемой техники такими отечественными заводами, как ОАО «АЗ Урал», ОАО «БАЗ», ОАО «КАМАЗ», АО «КРАЗ», АО «МАЗ», АО «МЗКТ», ЗАО «Автомобильный завод «Яровит-Моторс», ОАО «ГолАЗ», ОАО «ЛиАЗ», АО «ЛАЗ», ЗАО «Мичуринский автобус», ОАО «ПАЗ», а также производителями коробок передач и компонентов трансмиссий ОАО «Автодизель» (ЯМЗ), ОАО «ТМЗ», Группы КОМ.
Результаты работы будут иметь важное практическое значение для предприятий, выпускающих многоцелевые транспортные средства и транспортные средства двойного назначения, например, ООО «ВИЦ» ВПК.

б) Результаты НИР будут использованы в учебном процессе Института транспортных систем НГТУ по следующим направлениям подготовки:
– 190100 Наземные транспортно-технологические комплексы (бакалавр, магистр)
Профили: автомобиле- и тракторостроение; подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование.
– 190109 Наземные транспортно-технологические средства (специалист)
Специализация: автомобили и тракторы

Результаты НИР будут использованы в курсах лекций, практических и лабораторных занятиях следующих дисциплин: «Спец. главы теории автомобиля», «Конструирование и расчет автомобиля», «Научные методы исследований»

Текущие результаты проекта:
1) Проведенный аналитический обзор научно-технической литературы по системах автоматического и командного управления многоступенчатыми механическими синхронизированными коробками передач и сцеплением позволит установить, что:
1.1. Основными тенденциям развития современных коробок являются:
- применение новых конструктивных схем коробок передач и, в первую очередь, многоступенчатых коробок передач, позволяющих при сравнительно малом числе шестерен, за счет установки дополнительных приводных пар перед основным редуктором или планетарных синхронизированных демультипликаторов, устанавливаемых за основным редуктором, либо за счет применения так называемых комбинированных схем, включающих в себя как передний делитель, так и задний планетарный демультипликатор, позволяющих обеспечить требуемое
число передач.
-все возрастающее применение автоматизированного управления сцеплением и переключением
передач;
1.2 Применение автоматической механической трансмиссии обеспечивает лучшую топливную экономичность автомобилей, а, следовательно, и меньшую токсичность отработавших газов, по сравнению с гидромеханическими передачами и вариаторами, поскольку механической
трансмиссии при прочих равных условиях имеют более высокий КПД;
1.3 Алгоритмы автоматизации управления механическими трансмиссиями по сложности не уступают алгоритмам автоматического управления гидромеханическими передачами и вариаторами.
1.4 Наиболее близким аналогом системы автоматического управления коробкой передач является электропневматический привод управления, обеспечивающий дистанционное переключение передач в коробках моделей КамАЗ-14, КамАЗ-141, ЯМЗ-236, ЯМЗ-239, СААЗ-695 (ЗИЛ) и других, разработанный и изготовленный фирмой КОРА (РФ).
2) В результате проведенных патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96, установлены уровни техники в области многоступенчатых механических трансмиссий, систем и способов автоматического переключения передач, способов автоматического управления
сцеплением, необходимые для выработки направлений и новых эффективных решений для трансмиссий грузовых автомобилей с мехатронной системой управления при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
3) Разработаны технические требования к экспериментальным образцам устройств автоматического и командного привода управления многоступенчатыми трансмиссиями: механизма управления сцеплением; механизма электропневматического управления переключением передач основного редуктора; механизма переключения диапазонов делителя; механизма управления демультипликатором; контроллера; электронного блока индикации состояния коробки передач; электронного блока управления коробкой передач и сцеплением, учитывающие особенности функционирования и назначения узлов.
4) Определены критерии формирующие закон переключения передач, обеспечивающие наилучшее согласование параметров двигателя и трансмиссии, и позволяющие достичь требуемых показателей топливной экономичности и тяговой динамики грузовых автомобилей. В
соответствии с данными критерии определены зависимости моментов переключения (закон переключения передач) по всем передачам основного ряда многоступенчатых синхронизированных коробок передач, подлежащим автоматическому управлению, которые выражаться функцией Пк±2=f(Va , α), зависящей от скорости автомобиля Va и нагрузки на двигатель α.
5) С использованием критериев, формирующих закон переключения передач, разработаны алгоритм и принцип функционирования системы автоматического управления переключением передач при полной последовательности передаточных чисел; алгоритм и принцип функционирования системы управления при командном типе управления; алгоритм и принцип функционирования системы управления при автоматическом типе управления; алгоритм и принцип функционирования управление трансмиссией на резервной схеме.
6) Для изготовления экспериментальных образцов устройств привода управления шестнадцатиступенчатой трансмиссии разработана эскизная конструкторская документация на механизм управления сцеплением; механизм электропневматического управления переключением передач основного редуктора; механизм переключения диапазонов делителя; механизм управления демультипликатором; контроллер; электронный блок индикации состояния коробки передач; электронный блок управления коробкой передач и сцеплением.
7) Результаты работы представлены в 2-х конференциях Международного уровня, до конца года запланировано участие еще в 4-х.