Numerical and experimental investigation of braking performance of a bus

Full Text

Проблеме повышения активной безопасности транспортных средств всегда уделяется большое внимание [1]. В последнее время наиболее актуальным становится вопрос применения и совершенствования интеллектуальных систем помощи водителю, позволяющих минимизировать последствия ошибок, допускаемых человеком в процессе управления транспортным средством. Наибольшее распространение и практическое внедрение получили системы электронного контроля устойчивости (ЭКУ) снижающие вероятность возникновения заносов и опрокидываний [2]. Проект новой редакции правил ЕЭК ООН №13 (Пересмотр 6 – Поправка 1) предусматривает регламентацию особых требований к транспортным средствам, оснащенным функцией обеспечения устойчивости транспортного средства (добавление 12, приложение 21). В соответствии с текстом документа, эффективность функции контроля траектории движения и/или устойчивости к опрокидыванию механических транспортных средств и прицепов категорий M, N и О может быть определена как в процессе дорожных испытаний, так и при помощи компьютерного моделирования. При этом аттестация применяемых средств моделирования должна быть проведена на основе сопоставлений результатов расчетов с данными реальных испытаний транспортного средства. В настоящее время существует широкий спектр компьютерных программ, позволяющих имитировать различные условия движения автомобиля и воспроизводить алгоритмы работы интеллектуальных систем активной безопасности. Одной из таких программ является SDK-Simulation, используемая в практике научно-исследовательского центра компании Кнорр-Бремзе (Будапешт, Венгрия). Данная программа обладает значительным функционалом и обеспечивает высокоточное моделирование условий движения различных категорий транспортных средств [3]. В системах ЭКУ используется принцип автоматического управления тяговыми и тормозными моментами на колесах, таким образом, эффективность системы во многом зависит от эффективности тормозной системы. С точки зрения моделирования движения автомобиля и имитации работы системы ЭКУ важно в первую очередь обеспечить достоверное моделирование любых процессов торможения, в том числе и без воздействия интеллектуальной системы. Таким образом, обоснование возможности применения тех или иных средств моделирования для оценки эффективности ЭКУ должно включать в себя сопоставление различных вариантов расчетов и экспериментов, имитирующих возможные дорожные ситуации: торможение, смену полосы движения, вход в поворот. В данной статье представлены результаты сравнительного анализа результатов моделирования торможения автобуса, полученных с использованием программы SDK-Simulation, с данными дорожных испытаний. Исследования выполнены сотрудниками Автомобильного института НГТУ при поддержке Испытательной лаборатории НГТУ. Объектом исследования являлся автобус ПАЗ-4234-05 (рисунок 1). Дорожные испытания проводились на автополигоне ГАЗ. Работа выполнена в рамках поисковой НИР, финансируемой из средств Федеральной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.». Рисунок 1 – Автобус ПАЗ-4234-05 Для определения параметров движения автобуса использовалась современная измерительная система RaceLogic VB20SL3 20Hz GPS Data Logger With Slip, Pitch and Roll Angle. Принцип работы системы основан на использовании GPS технологий. На крышу автомобиля устанавливаются магнитные антенны (рисунок 2), которые обеспечивают связь со спутником и позволяют зафиксировать скорость транспортного средства, ускорение (по 2-м осям), траекторию движения, угол крена и угловую скорость поворота (рисунок 3). а) б) Рисунок 2 – Измерительный комплекс RaceLogic: а – блок сбора данных системы RaceLogic; б – схема установки антенн на крыше автобуса На рисунке 3 показаны фрагменты экспериментальных и расчетных исследований. а) б) Рисунок 3 – Исследование процесса торможения: а – дорожные испытания; б – компьютерное моделирование В таблице 1 приведены значения тормозного пути для разных начальных скоростей торможения. Таблица 1 Значения тормозного пути для различных начальных скоростей торможения Начальная скорость торможения v0, км/ч Тормозной путь, м Расхождение, % Испытания Моделирование 40 13,77 12,12 11,96 50 18,65 18,01 3,43 60 27,93 25,25 9,59 На рисунках 4-6 показаны графики изменения продольного замедления автобуса при торможении. Сплошными линиями показаны данные, зафиксированные в ходе натруных испытаний, пунктирными – данные компьютерного моделирования. Анализ данных показывает, что результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования имеют хорошую сходимость. Расхождение по значениям тормозного пути не превышают 3…12%. Кривые изменения замедления в процессе торможения, полученные при расчете, полностью повторяют кривые, построенные по данным дорожных испытаний. Рисунок 4 – Графики изменения замедления при торможении со скорости 40 км/ч Рисунок 5 – Графики изменения замедления при торможении со скорости 50 км/ч Рисунок 6 – Графики изменения замедления при торможении со скорости 60 км/ч На рисунке 7 показаны графики изменения скорости автобуса при торможении, полученные в ходе дорожных испытаний и при моделировании. Следует отметить, что виртуальная модель имеет лучшие показатели тормозных свойств, чем реальное транспортное средство. Это объясняется тем, что в модель заложен идеальный алгоритм работы тормозной системы и электронного блока антиблокировочной системы (АБС). Реальная тормозная система и ее компоненты имеют целый ряд особенностей, которые достаточно сложно воспроизвести в компьютерной модели. В этой связи целесообразным является расширение возможностей компьютерного моделирования путем перехода к комплексному имитационному моделированию, в котором можно было бы симитировать не только условия движения транспортного средства, но и реальные процессы, происходящие в автокомпонентах. Наиболее перспективным является использование программно-аппаратного комплекса (ПАК), включающего в себя реальные компоненты автомобиля, специальный измерительный комплекс, современное программное обеспечение. Такой подход позволяет моделировать поведение транспортных средств с учетом особенностей работы реальных агрегатов и блоков управления [4]. Рисунок 7 – Графики изменения скорости движения автобуса: 1 – результаты дорожных испытаний; 2 – данные компьютерного моделирования По результатам исследования можно сделать следующие выводы: 1. Разработана имитационная модель автобуса ПАЗ 4234-05 в программном комплексе SDK-Simulation, учитывающая основные параметры конструкции транспортного средства. 2. Сравнение результатов компьютерного моделирования и дорожных испытаний показало хорошую сходимость. Расхождение значений тормозного пути при разных начальных скоростях торможения не превышает 3…12%. 3. Разработанная имитационная модель автобуса и результаты исследований могут быть использованы при разработке методики оценки свойств активной безопасности транспортных средств по результатам имитационного моделирования, которая имеет важное практическое значение на этапах проектирования и доводки автомобилей. 4. Для повышения точности имитационного моделирования необходимо использование программно-аппаратного комплекса, обеспечивающего физического моделирования работы тормозной системы транспортного средства.

About the authors

A. M Groshev

Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

Ph.D.

G. A Konikova

Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

S. Y Kostin

Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

Y. P Trusov

Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

A. V Tumasov

Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

Email: anton.tumasov@gmail.com
Ph.D.; +7-905-19-20-576

References

Supplementary files