Инструментальное и методологическое обеспечение полигонных и стендовых исследований маневра автотранспортных средств

Содержание

1. Передвижная лаборатория дорожных испытаний АТС на базе ГАЗ-2705

1.1 Компоновка передвижной лаборатории

1.2 Электрические схемы основной измерительной аппаратуры

2. Результаты ездовых испытаний передвижной лаборатории на полигоне ГУП «НИЦИАМТ»

3. Оценка параметров устойчивости и управляемости АТС в стендовых условиях

Выводы и рекомендации

Библиографический список

 

1. Передвижная лаборатория дорожных испытаний АТС на базе ГАЗ-2705

1.1 Компоновка передвижной лаборатории

В салоне автомобиля (рис. 1) расположено 9 рабочих мест, оснащенных контрольно-регистрирующей аппаратурой, пультами управления и настройкой измерительных устройств.

Измерительная аппаратура позволяет дискретно регистрировать тормозной путь, а непрерывно - параметры в соответствии с таблицей 1.

Комплекс датчиков и регистрирующая аппаратура представлена на рисунке 2.

Совокупность измеряемых параметров, а также возможность наращивания измерительного оборудования, позволяет использовать передвижную лабораторию в учебном процессе и научных исследованиях.

Рис. 1. Передвижная лаборатория дорожных испытаний

Таблица 1 Основные показатели и характеристики, определяемые в ходе испытаний передвижной лаборатории

Тягово-скоростные свойства		Тормозные свойства		Топливная экономичность		Управляемость и устойчивость		Маневренность
время разгона путь разгона скорость автомобиля ускорение автомобиля		время торможения путь торможения скорость автомобиля замедление давление в т/приводе нагрузка на оси		часовой расход топлива путевой расход топлива скорость автомобиля		скорость автомобиля угловая скорость поворота время операции курсовой угол угол крена угол поворота РК угол поворота УК		скорость автомобиля угловая скорость поворота угол поворота РК угол поворота УК
Время разгона до заданной скорости		Тормозной путь		Часовой расход топлива		Угловая скорость поворота рулевого колеса		Минимальный радиус поворота
Время разгона на заданной дистанции		Установившееся замедление		Контрольный расход топлива		Характеристика статической траекторной управляемости		Ширина полосы движения по следу колес
Ускорения при разгоне (максимальные и средние)		Время срабатывания тормозных систем		РТМЦ		Чувствительность к управляющему воздействию		Габаритная ширина поворота
Скоростная характеристика разгон – выбег				РТГЦд		Угол крена		Внешний габаритный радиус поворота
Длина динамически преодолеваемого подъема				Топливная характеристика установившего движения				Удельная тяговая сила необходимая для совершения поворота
Установившаяся скорость на затяжных подъемах								Коэффициент использования сцепной силы колес при повороте

Рис. 2. Схема размещения измерительного оборудования в передвижной лаборатории на базе автомобиля ГАЗ-2705

Датчик положения дроссельной заслонки.

2.  Датчик давления в тормозном приводе.

3.  Расходомер топлива.

4.  Датчик положения рулевого колеса и датчик момента на рулевом колесе.

5.  Потенциометры углов поворота управляемых колес.

6.  Датчик продольного и поперечного ускорения.

7.  Самописец.

8.  Датчики нормальной нагрузки на ось.

9.  Гироскоп углов крена и продольного наклона кузова.

10.  Гироскоп угловой скорости автомобиля.

11.  Пиротехническое устройство.

12.  Устройство «пятое колесо» (тахогенератор и геркон)

1.2 Электрические схемы основной измерительной аппаратуры

передвижная лаборатория дорожный испытание

Измерение и регистрация времени

Исследуемые параметры автомобиля являются функциями времени. Поэтому их запись производится в реальном времени с отметкой его на ленте регистратора. Кроме того, время измеряется с помощью электрических, суммирующих приборов.

Для измерения и регистрации времени при динамических и топливно-экономических испытаниях автомобиля ГАЗ 2705 использованы электроконтактные часы МЧ-62 (датчик меток времени), импульсные счетчики (суммирующие приборы), отметчики времени (самописец).

Рис. 3. Электроконтактные часы МЧ-62

1.  Электродвигатель7. Контакты прерывателя

2.  Шестеренчатые редукторы8. Импульсный счетчик

3.  Малая стрелка9. Электромагнитный отметчик

4.  Большая стрелка10. Шкала часов

5.  Кулачки11. Выключатель

6.  Контакты прерывателя12. Конденсаторы

Схема, которая показана на рисунке 3, позволяет наносить отметки времени на ленту самописца через 0,1с и измерять время с помощью импульсного счетчика с точностью 1с.

Принцип действия:

Электродвигатель 1 часов, число оборотов которого стабилизировано центробежным регулятором, через шестеренчатые редукторы 2 вращает малую 3 и большую 4 стрелки часов и кулачки 5, которые своими выступами замыкают контакты прерывателей 6 и 7. Скорости вращения стрелок и кулачков подобраны так, что большая стрелка 4 делает один оборот за 5с, а малая 3 - за 50с. Прерыватели 6 и 7 замыкают свои контакты соответственно через 1,0 и 0,1с., то есть с частотой 1 и 10 Гц.

При замыкании контактов выключателя 11 электродвигатель 1 включается в цепь питания, в результате чего якорь электродвигателя и кулачки 5 начинают вращаться, замыкая с указанными частотами контакты прерывателей 6 и 7, которые подают напряжение питания на базу транзистора Тр через сопротивление R₁. В результате транзистор открывается и на обмотку электромагнитного счетчика подается напряжение тем самым, включая с помощью электронного реле импульсный счетчик.

Конденсаторы 12 при этом уменьшают обгорание контактов прерывателей 6 и 7. Импульсные счетчики времени включают выключатели, расположенные на самих счетчиках.

Для четкого срабатывания импульсного счетчика применяется усилитель постоянного тока на базе транзистора КТ – 829 с большим коэффициентом усиления, что позволяет облегчить режим работы контактной группы часов МЧ-62. Сопротивление R₁ используется для установки режима работы транзистора, а диод Д применяется для шунтирования обратных выбросов напряжения на электрических обмотках электромагнита счетчика, которые могут привести к выходу из строя транзистора.

Отметка времени на ленте регистрирующего прибора выглядит в виде прямоугольных импульсов, наносимых через 0,1с.

Измерение тормозного пути

Для измерения тормозного пути автомобиля применяется специальный отметчик начала торможения (рис. 4).

Для поджига порохового заряда мелового отметчика начала торможения используется стандартный блок воспламенения горючей смеси предпускового подогревателя.

Напряжение с автомобильной батареи подается через предохранитель 2, выключатель сигнала торможения 3, включатель 5 на первичную обмотку катушки высокого напряжения 7 и транзистор Тр блокинг- генератора. Блок преобразовывает напряжение 12 В АКБ в переменное высоковольтное напряжение, которое подается на свечу зажигания 8 пистолета 9. Стабилитроны СТ1, СТ2 и конденсатор С1 служит для защиты транзистора Тр от перенапряжений возникающих при работе генератора.

Принцип действия

При движении автомобиля с постоянной, определенной скоростью перед самым началом торможения включается тумблер 5. При нажатии на педаль тормоза срабатывает выключатель торможения 3 и происходит выстрел, а на дороге остается меловое пятно. Расстояние от мелового пятна до пистолета на остановившемся автомобиле является тормозным путем.

Рис. 4. Принципиальная схема отметчика начала торможений 1 –АКБ4; 2 – предохранитель; 3 - выключатель сигнала торможения; 4 - педаль тормозная; 5 – выключатель; 6 - сигнальная лампочка; 7 - катушка зажигания; 8 – свеча; 9 - пистолет-отметчик

Измерение продольных и поперечных ускорений

Измерения производятся акселерометром типа МП-95 (рис. 5).

Конструктивно акселерометр представляет собой инерционную массу подвешенную на пружинах в горизонтальной плоскости. Непосредственно на подвижном элементе смонтирован потенциометр. При возникновении перегрузок инерционная масса смещается, преодолевая сопротивление пружин. Амплитуда перемещения инерционной массы пропорциональна величине действующего ускорения, которое регистрируется по величине электрического сигнала, снимаемого с потенциометра.

Для измерения величины электрического сигнала используется измерительная мостовая схема (рис. 6). Переменные резисторы R_д и R_Б являются соответственно датчиком и балансировочным сопротивлением. Резисторы R₁,R₂,R₃,R₄ дополнительные сопротивления, исключающие выход из строя прибора или обгорание контактов потенциометров. Выходной сигнал снимается с движков датчика и балансировочного резистора и подается на амплитудный регулятор R_А

Рис. 5. Акселерометр МП-95 и гироскоп ГР

Рис. 6 Измерительная схема акселерометра: R_Д – 1,4 кОмR₁ – 750ОмРП - регистрируемый прибор, R_Б – 470 кОмR₂ – 1,1 кОмМА – измерительный прибор, R_А – 22 кОмR₃ – 1,1 кОмR_ш – шунтирующее сопротивление, R₄ – 750 ОмR_м – масштабное сопротивление, R₅- 9,1 кОм

В статическом положении, когда движок датчика находится на средине, измерительный мост должен находится в равновесном состоянии, а стрелка измерительного прибора на «нуле». В противном случае произвести корректировку переменным балансировочным сопротивлением R_Б.

Смещение движка датчика создаст дисбаланс схемы, таким образом, мост выйдет из равновесного состояния, что будет отмечено стрелочным измерительным прибором. Корректировка максимальной амплитуды отклонения стрелки измерительного прибора осуществляется резисторами R_А и R₅. С помощью переключателя можно подключать схему к дополнительным стрелочным приборам или регистрирующему прибору.

Для уменьшения погрешностей при регистрации показаний необходимо, чтобы полное сопротивление отключаемых стрелочных приборов было одинаковым с общим сопротивлением электрической цепи регистрирующего прибора. В случае не соответствия, произвести корректировку сопротивлениями R_Ш, R_М.

При измерении продольных или поперечных ускорений может быть использован один и тот же датчик, но повернутый в горизонтальной плоскости на 90°. Следует учесть, что при измерении поперечных ускорений акселерометр должен находится в центре масс.

Измерение скорости автомобиля

Скорость движения автомобиля измеряется с помощью тахогенератора переменного тока (рис. 7). Тахогенератор представляет собой статор с тремя соединенными в треугольник обмотками, внутри которого в подшипниках крышек может вращаться ротор. Тахогенератор установлен на фланце поворотного кронштейна «пятого» колеса. Ось ротора тахогенератора связана с осью «пятого» колеса через штифтовое соединение.

В результате вращения ротора при качении «пятого» колеса в обмотках статора наводится ЭДС прямо пропорционально угловой скорости ротора и сдвинутые по фазе на угол 120°. Так как радиус «пятого» колеса практически является величиной постоянной, то тахогенератор можно использовать как датчик линейной скорости центра «пятого» колеса, а, следовательно, и самого автомобиля.

Принцип действия

Сигнал с трехфазного тахогенератора переменного тока подается на двух-полупериодный выпрямитель составленный из шести полупроводниковых диодов.

В схеме предусмотрена регулировка амплитуды выходного сигнала. Для этого выход выпрямителя тахогенератора нагружен переменным резистором.

Рис. 7. Электрическая измерительная схема: Д₁ – Д₂- Д 226В П – переключатель, R₁; R₂; R₃; - 4.3 кОм R_ш – шунтирующее сопротивление, С₁; С₂; С₃; - 1000х25v R_м – масштабное сопротивление

Выходной сигнал снимается с одной из крайних точек потенциометра и его движка.

Визуальный контроль скорости движения производится с помощью микроамперметра (стрелочный прибор). Необходимая максимальная амплитуда сигнала скорости регулируется при тарировке датчика. Эту тарировку периодически надо проверять, поскольку возможно случайное смещение движка потенциометра амплитудного регулятора из-за вибрации в автомобиле. Отклонение стрелки микроамперметра протарировано в км/ч.

Регистрирующий прибор – это измерительный механизм самописца, пишущее устройство, которое вычерчивает на бумажной ленте кривую изменения скорости автомобиля, развернутую во времени. Переключатель служит для перехода с визуального контроля на регистрирующий прибор.

Измерение пройденного пути автомобиля

Путь, пройденный автомобилем, измеряется не непосредственно, а путем пересчета по известному числу оборотов «пятого» колеса и его радиусу качения. Обороты прицепного, измерительного колеса фиксирует датчик, который замыкает измерительную электрическую цепь два раза за один оборот колеса. В качестве датчика использован геркон типа КЭМ – ЗА, установленный непосредственно в корпусе тахогенератора (рис. 8).

Для регистрации оборотов «пятого» колеса используется импульсный электрический счетчик (суммирующие приборы). Для четкого срабатывания импульсного счетчика применяется усилитель постоянного тока на базе транзистора КТ – 829, что позволяет облегчить режим работы контактной группы геркона.

Рис. 8. Электрическая схема канала регистрации импульсов пути, R₁ – 3 ком Тр – кт 829 А, Д₁ – Д 226 Б Сл – сигнальная лампа, С₁; С₂; С₃ – счетчики импульсов Рп – регистрирующий прибор, Rш – шунтирующее сопротивление Rм – масштабное сопротивление

Принцип действия:

Напряжение постоянного тока  В через тумблер В_к1 подается на усилитель сигнала. О включении питания сигнализирует индикаторная лампа С_Л.

Поворот «пятого» колеса вызывает поворот магнитного поля ротора тахогенератора, что способствует замыканию и размыканию контактов геркона. В момент замыкания контактов транзистор закрывается и прерывает питание катушки электромагнитного счетчика С₁. При размыкании контактов ток течет через резистор R₁ и базовый переход транзистора Тр₁ в результате чего транзистор открывается и подает питание на обмотку электромагнитного счетчика С₁.

Диод Д применяется для шунтирования обратных выбросов напряжения на электрических обмотках счетчика, которые могут привести к выходу из строя транзистора. При вращении «пятого» колеса циклы включения и выключения повторяются. Счетчик регистрирует число циклов.

Расчет пройденного пути ведется по формуле:

S=L×n_к,

где S - пройденный путь;

L - путь пройденный за один оборот «пятого» колеса;

n _к - число оборотов «пятого» колеса.

Значение L определяется по формуле:

L=2×p×r_к,

где r_к - радиус «пятого» колеса.

Значение n_к определяется по формуле:

n_к=z/2,

где z - количество импульсов зарегистрированных электромагнитным счетчиком пройденного пути.

Примечание: В случае регистрации импульсов гальванометром самописца необходимо чтобы полное сопротивление электрической цепи гальванометра самописца соответствовало сопротивлению прежде включенных приборов. Подбор сопротивления производится сопротивлениями R_ш и R_м.

Запись меток пути имеет на ленте самописца вид прямоугольных импульсов, наносимых два раза за один оборот «пятого» колеса.

Питание измерительных цепей

Стабилизатор напряжения автоматически поддерживает напряжение на стороне потребителя с заданной точностью, так как возникает дестабилизирующие факторы, вызывающие изменение напряжения (рис. 9).

Изменение выходного напряжения обусловлено:

1.  Нестабильностью питающей цепи;

2.  Изменением тока потребляемой нагрузки;

3.  Изменением температуры окружающей среды.

Рис. 9. Схема стабилизатора напряжения 9v для питания измерительных цепей

Применяемый тип стабилизатора, в случае установки его на радиатор охлаждения, обеспечивает стабилизированный ток до 1,5 А согласно техническим условиям на стабилизаторы данного типа.

Описанный комплекс обхватывает лабораторные циклы всех специальностей, связанных с движением АТС.