Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научно-технических решений по управлению распределением мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей для повышения их энергоэффективности и топливной экономичности

Докладчик: Келлер Андрей Владимирович

Должность: Начальник управления научной и иновационной деятельности, профессор

Цель проекта:
Повышение энергоэффективности и топливной экономичности грузовых автомобилей путем управления распределением мощности между ведущими колесами на основе разработки импортонезависимой комплексной системы управления кинематическими связями в трансмиссии, приложения тормозного момента к буксующим колесам и управления подачей топлива и совершенствования алгоритмов управления.

Основные планируемые результаты проекта:
Перечень научных и научно-технических результатов, подлежащих получению при выполнении ПНИ
1 Анализ научно-технической литературы и патентной документации, относящихся к системам распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей.
2 Концепция построения системы распределения мощности в трансмиссии грузового автомобиля.
3. Алгоритмы функционирования системы распределения мощности в трансмиссии грузового автомобиля
4 Математическая модель грузового автомобиля с системой распределения мощности для проведения имитационного моделирования
5. Эскизная конструкторская документация для изготовления экспериментальных образцов системы распределения мощности
6. Экспериментальный образец системы распределения мощности.
7. Программы и методики экспериментальных исследований системы распределения мощности.
8. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации системы распределения мощности с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
9. Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка интегрированной системы управления распределением мощности грузовых автомобилей»

1. Интеграция с современными системами автомобильной электроники.
Блокировка дифференциалов влияет на управляемость автомобиля и безопасность дорожного движения, поэтому необходима интеграция с системами активной безопасности:
ESP - система управления курсовой устойчивостью, EBS (либо ABS).
Для повышения проходимости наиболее эффективно использование системы совместно с ПБС (ASR).
Для определения действительной скорости движения, использования карт и 3D карт местности, запоминания маршрута необходима спутниковая система навигации (GPS/ГЛОНАСС).
2. Режимы работы системы распределения мощности
2.1. Автоматический (Auto Mode) – система анализирует полученные от различных датчиков данные, определяет режим движения автомобиля и управляет подачей топлива, приложением тормозного момента к буксующему колесу, блокировкой/разблокировкой дифференциалов. Процесс непрерывен и полностью автоматизирован.
2.2. Ручной с частичной автоматизацией (Mixed Mode) – Процесс непрерывен и частично автоматизирован – решение принимает водитель.
Требует наличия монитора на панели приборов либо контрольных ламп.
а) Система анализирует полученные данные и определяет режим движения автомобиля, определяет режим движения автомобиля, управляет подачей топлива, приложением тормозного момента к буксующему колесу, и предлагает водителю вариант управления блокировкой/разблокировкой дифференциалов;
б) водитель активирует управление блокировкой дифференциалов (должно быть несколько режимов), система сама принимает решение о начале включения блокировки, времени блокировки, степени блокировки, о выборе блокируемого дифференциала;
в) система предлагает выключить дифференциал, когда дорожные условия улучшились.
2.3. Ручной (Manual Mode) – водитель самостоятельно принимает решение о блокировке/разблокировке дифференциалов так, как это принято сейчас.
3. Анализируемые параметры и датчики.
3.1. Для работы системы в полуавтоматическом режиме достаточно наличие следующих датчиков.
Основные параметры и датчики для определения наличия буксующего колеса (колёс):
1) Частота вращения выходного вала КП
2) Датчики включения передач и блокировки в раздаточной коробке
3) Датчики блокировки межколёсных дифференциалов
4) Датчик блокировки дифференциала задней тележки
5) Частота вращения колёс автомобиля
6) Датчик блокировки межколёсных и межосевых дифференциалов
7) Угол поворота управляемых колёс
Дополнительные датчики для повышения точности определения начала буксования колеса (колёс):
8) Давление в шинах
9) Ход подвески
3.2. Для работы системы распределения мощности в автоматическом режиме системе необходимо анализировать дополнительные параметры:
3.2.1. Соответствие действительной скорости движения (измеренной по ГЛОНАСС/GPS) к скорости по датчикам вращения на ведущих колёсах (с учётом проекции вектора скорости на уклон дороги).
Согласно современным регламентным требованиям грузовой автомобиль должен быть оснащён системой спутниковой навигации в обязательном порядке. Поэтому эта система уже будет установлена на всем перспективном семействе автомобилей.
3.2.2. Соответствие углового ускорения ведущих колёс автомобиля к линейному ускорению автомобиля (акселерометр). Акселерометры уже установлены в автомобиле с EBS,ESP.
3.2.3. Соответствие расчётного радиуса поворота по углу поворота управляемых колёс и скорости вращения колёс к действительному радиусу поворота, определённому по угловому ускорению автомобиля, датчиком которого является акселерометр. Акселерометры уже установлены в автомобиле с EBS,ESP.
3.2.4. Использование существующих либо собственных 3D карт местности.
В большинстве случаев, даже при перевозке грузов по дорогам без твёрдого покрытия, автомобиль проезжает один и тот же маршрут каждый день либо через какой-то период.
В связи с этим, рельеф местности и дорожные условия имеют предсказуемый характер.
Система должна запоминать маршрут, дорожные условия при погодных условиях на день поездки. Система должна иметь алгоритм самообучаемости.
3.2.5. Дополнительные параметры (указано максимальное количество параметров):
1) Стиль и характер вождения
a) характер изменения угла поворота управляемых колёс,
b) характер воздействия и степень нажатия на педаль акселератора,
c) частота вращения коленчатого вала
d) частота переключения номер передачи (по частному от датчиков оборотов двигателя и выходного вала коробки передач)
e) датчик давления гидропривода сцепления (линейный или чёрно-белый)
f) датчик давления тормозного пневмопривода (линейный)
2) Режим работы двигателя
3) Угол крена автомобиля и раскачка автомобиля
a) Поперечный угол крена и раскачка
b) Продольный угол крена и раскачка
4. Защита от принудительного включения блокировки при высокой скорости.
В связи со следующими причинами:
изменением управляемости автомобиля при блокировке и изменением вектора тяги,
а так же (в случае использования зубчатых муфт блокировки) динамических нагрузок и перегрузки трансмиссии;
вводятся следующие ограничения (требует уточнения дорожными испытаниями):
70 км/ч для межосевого дифференциала задней тележки,
50 км/ч дифференциала раздаточной коробки,
40 км/ч для межколёсных дифференциалов задних мостов,
5 км/ч для дифференциала переднего моста.
Ограничения включения блокировки по углу поворота управляемых колёс зависят от включённого дифференциала(ов) и скорости движения должны быть определены дорожными испытаниями.
5. Защита от работы трансмиссии в заблокированном режиме на дороге с высоким коэффициентом сцепления (см. п 3.2.1, п 4).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты работы могут найти практическое применение во всех видах колесных машинах, в.ч. в легковых, грузовых, специальных, специализированных автомобилях, автобусах, тракторах.
Внедрение системы обеспечит:
1.1. Снижения стоимости владения автомобилем и повышения энергоэффективности грузоперевозок за счёт:
1) Снижение расхода топлива
2) Увеличение средней скорости движения
3) Снижение тепловой нагруженности двигателя и трансмиссии
4) Уменьшение числа оборотов коленчатого вала двигателя на километр пробега
5) Уменьшение динамических нагрузок на трансмиссию
6) Устранение перегрузки трансмиссии «паразитным моментом» (превышающим крутящий момент двигателя) от кинематического несоответствия угловой скорости вращения колёс при обычном способе блокировки дифференциалов.
7) Предотвращение выхода из строя трансмиссии при выезде на дорогу с высоким коэффициентом сцепления
8) Повышение ресурса и надёжности автомобиля
9) Увеличение межсервисного интервала
1.2. Повышение комфорта. Снижение утомляемости водителя
1.3. Повышение проходимости автомобиля

Текущие результаты проекта:
На даны момент получены следующие основные научно-технические рзультаты
1 Анализ научно-технической литературы и патентной документации, относящихся к системам распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей.
2 Концепция построения системы распределения мощности в трансмиссии грузового автомобиля.
3. Алгоритмы функционирования системы распределения мощности в трансмиссии грузового автомобиля
4 Математическая модель грузового автомобиля с системой распределения мощности для проведения имитационного моделирования