Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.574.21.0106

Руководитель: Келлер Андрей Владимирович

Должность: Начальник управления научной и иновационной деятельности

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет"(национальный исследовательский университет)

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
система распределения мощности, ведущий мост, дифференциал, ведущее колесо, буксование, противобуксововчная система, алгоритм, нечеткая логика

Цель проекта:
1. Повышение энергоэффективности и топливной экономичности грузовых автомобилей (снижение затрат на перевозки и эксплуатацию). 2. 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:
1. Разработана связанная математическая функциональная модель комплексной системы управления распределением мощности, включающая в себя:
механическую модель грузового автомобиля, учитывающую особенности работы двигателя, сцепления, коробки передач, межосевых механизмов распределения мощности, балансирной подвески и колесных движителей;
пневматические и гидравлические приводы блокировки дифференциалов;
систему управления приводами блокировки дифференциалов.
На основе результатов имитационного моделирования:
получены исходные данные для конструирования механической части системы распределения мощности;
определены исходные данные для формирования алгоритма работы системы распределения мощности;
определены исходные данные для обоснования оптимального варианта построения системы распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей.

По результатам имитационного моделирования выполнен расчет на прочность и определены:
параметры конструкции зубчатой и фрикционной муфт блокировок дифференциалов;
допустимые разности угловых скоростей колес для обеспечения надежной работы муфты блокировки межколесного дифференциала;
допустимые разности угловых скоростей осей для обеспечения надежной работы муфты блокировки межосевого дифференциала;
допустимое время, в течение которого необходимо удерживать допустимую разность угловых скоростей (на время срабатывания системы управления и пневматического привода).

На основании результатов прочностных расчетов и имитационного моделирования :
разработана эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 1), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием зубчатых муфт с использованием пневматического привода;
разработана эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 2), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием фрикционных муфт с использованием гидравлического привода.

Разработаны Программы и методики исследовательских испытаний макетов экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 1 и Макет 2).
Выполнена доработка полноприводного шасси 6х6 под установку системы автоматической блокировки дифференциалов.

2. Реализация проекта обеспечит увеличение ресурса и надёжности, повышение проходимости грузового автомобиля, снижение расхода топлива, увеличение средней скорости движения, что уменьшит затраты на грузоперевозки и ремонт
Оснащение грузового автомобиля оптимальной схемой построения системы распределения мощности позволяет в 1,25 раза повысить энергоэффективность перевозок за счет повышения средней скорости движения на 6…10 % и потребления топлива на 5…10%.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом является импортонезависимая комплексная система автоматического управления распределением мощности между ведущими колесами, интегрированная в системы активной безопасности грузового автомобиля.
В результате выполнения проекта будут разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей ПАО "Камаз" и будет создан проект технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка комплексной системы управления распределением мощности грузовых автомобилей".

2. Выполнено оснащение раздаточной коробки и ведущих мостов оригинальными механизмами блокировки (кулачковыми и фрикционными).
Вновь разработаны раздаточная коробка, Мост передний, Мост задний и Мост средний. Раздаточная коробка и мосты являются модификациями соответствующих узлов серийно выпускаемого автомобиля Камаз 65222. Модификации раздаточных коробок, переднего, среднего и заднего мостов заключались в установке пневматического привода блокировки дифференциала (для Макета 1) и гидравлического привода (для Макета 2).При разработке системы автоматического управления распределением мощности построена ее связанная модель, учитывающая динамику движения автомобиля, приводы и систему управления приводами. На построенной модели с использованием методов имитационного моделирования обоснован оптимальный вариант построения системы распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей, отлажены алгоритмы блокировки дифференциалов.

3. Разрабатываемая система распределения мощности впервые в мире решает в комплексе задачу повышения проходимости и обеспечения устойчивости серийных грузовых полноприводных автомобилей. Разрабатываемая система управления конкурентоспособна на рынке Российской Федерации, универсальна (есть возможность их применения в всех видах и типах наземных транспортных средств с механической трансмиссией) и способна к правовой охране на территории Российской Федерации.

4. В ходе выполнения проекта создана математическая модель системы распределения мощности.
На основе результатов ее расчетов разработана эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макетов экспериментальных образцов комплексной системы распределения мощности (Макет 1, Макет 2).
Созданные макеты будут отработаны по результатам проведения предварительных натурных испытаний Макета 1 и Макета 2 в 2016 году.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты, полученные в рамках выполнения проекта, могут найти применение в инновационной продукции автомобильной, тракторной промышленности и предприятий оборонно-промышленного комплекса, выпускающих колесную технику специального назначения.
Полученные результаты оказывают влияние на развитие: сектора производства колесных наземных транспортных средств; отечественной элементной базы микропроцессорных систем управления; теории движения наземных транспортных средств; теории управления; технологии автоматического управления движением автомобилей; технологии производства на основе применения методик цифрового проектирования и виртуальных испытаний.

2. Разработанная в рамках проекта система управления распределением мощности планируется к внедрению на всех полноприводных грузовых автомобилях КАМАЗ, планируемый объем выпуска к 2020 г составит более 30 000 автомобилей в год. Практическое внедрение результаты выполнения проекта получат на автомобильной технике, выпускаемой ОАО «Автомобильный завод «УРАЛ», ОАО «ГАЗ», ОАО «УАЗ», ОАО «БАЗ», ОАО «АВТОВАЗ».

3. Для коммерческого транспорта внедрение системы распределения мощности позволит снизить стоимость владения автомобилем и повысит эффективность грузоперевозок в сложных дорожных условиях.
Для подвижного состава МЧ и МО внедрение системы распределения мощности повысит мобильность и надёжность подвижного состава, повысит проходимость, снизит эксплуатационные затраты и расход топлива,
Для автомобилей-роботов: позволит осуществлять движение вне дорог с твёрдым покрытием, а так же в сложных погодных и дорожных условиях; на дорогах с твёрдым покрытием в условиях гололёда и снежных заносов.
Разработанная в рамках проекта система управления распределением мощности оказывает положительное влияние на защиту окружающей среды: позволяет снизить количество вредных выбросов выхлопных газов за счёт уменьшения времени работы двигателя на переходных режимах и снижения расхода топлива; позволяет снизить шум двигателя и трансмиссии .

4. Используемые в проекты подходы (имитационное моделирование, функциональные блок-схемы, оригинальные конструкции муфт блокировок дифференциалов, алгоритмы управления приводами) открывают широкие перспективы для развития исследований в рамках международного сотрудничества. В 2015 году доклады по проекту прозвучали на двух российских и трех международных конференциях.


Текущие результаты проекта:
1. Разработана математическая модель комплексной системы распределения мощности, учитывающая особенности работы двигателя, сцепления, коробки передач, диффернциалов, балансирной подвески и колесных движителей. Она позволяет методами имитационного моделирования исследовать внешнюю динамику движения автомобилей многоцелевого назначения (АМН) и проводить оценку динамической нагруженности их элементов.
2. По результатам имитационного моделирования получены исходные данные для конструирования механической части системы распределения мощности и определены исходные данные для формирования алгоритма работы системы распределения мощности; обоснован оптимальный вариант построения системы распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей
3. По результатам имитационного моделирования выполнены расчеты на прочность и долговечность муфт блокировок:
– межосевого дифференциала раздаточной коробки;
– межосевого дифференциала задней тележки;
– межколесного дифференциала.
На основании результатов расчета найдены допустимые разницы скоростей вращения полумуфт при блокировании дифференциала для обеспечения их прочности и долговечности.
4. На основании результатов прочностных расчетов спроектирована система управления, позволяющая производить блокировку межколёсных и межосевых дифференциалов в процессе движения транспортного средства за счёт предварительного выравнивания угловых скоростей ведущих колёс до допустимых величин, определенных из прочностного расчета, путём приложения тормозного момента к буксующему колесу. Разработан новый алгоритм единого блока управления тормозной системой, противобуксовочной системой и блокировкой дифференциалов. Предусмотрено автоматическое управление блокировкой всех пяти дифференциалов.
5. На основании унификации и результатов прочностных расчетов и выбранных элементов системы управления приводом блокировки дифференциалов разработана эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 1), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием зубчатых муфт с использованием пневматического привода.
6. На основании унификации и результатов прочностных расчетов и выбранных элементов системы управления приводом блокировки дифференциалов разработана эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 2), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием фрикционных муфт с использованием гидравлического привода.
7. Разработаны Программы и методики исследовательских испытаний макетов экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 1 и Макет 2).
8. Выполнена доработка полноприводного шасси 6х6 под установку системы автоматической блокировки дифференциалов.