Разработка эмулятора усилия педали для электрогидравлической тормозной системы, методами виртуально-физической технологии моделирования

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В. Г. Дыгало — канд. техн. наук, А. А. Ревин — д-р. техн. наук
РАЗРАБОТКА ЭМУЛЯТОРА УСИЛИЯ ПЕДАЛИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ,
МЕТОДАМИ ВИРТУАЛЬНО-ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Волгоградский государственный технический университет
(e-mail: dygalo@vstu. ru, revin@vstu. ru, tera@vstu. ru)
В статье рассматривается разработка эмулятора усилия педали для электрогидравлической тормозной системы, методами виртуально-физической технологии моделирования.
Ключевые слова: виртуально-физическая технология, автоматизированная тормозная система, педаль, усилие, эффективность торможения, активная безопасность.
In the papers described process develop pedal force emulator for electro-hydraulic breaking system, and use vir-tually-physical technology method modeling.
Keywords: the is virtual-physical technology, automated braking system, pedal, effort, braking efficiency, active safety.
Электрогидравлическая тормозная система (Electro-Hydraulic Braking system, ЭГТС) становится первым шагом на пути перехода к управлению торможением по проводам (Brake by Wire), значительно влияющим на активную безопасность автомобиля. В связи с проблемами надежности, связанных с электромеханическими тормозами (Electro-Mechanical Brakes (EMB), ЭМТ). Электромеханические тормозные системы в настоящее время не могут быть широкомасштабно использованы в силу ряда факторов. Одним из наиболее существенных, является перевод системы питания силовых электросетей автомобиля на напряжение 42 В. Как следствие ЭГТС, это лучший компромисс между требованием для систем управления торможением по проводам и традиционными системами, применяемыми в автомобильной промышленности EHB.
Применение ЭГТС и ЭМТ требует нового интерфейса связи между водителем и системой. Для работы системы достаточно одного датчика перемещения педали тормоза, чтобы принять решение о выборе программы торможения, сравнивая скорость перемещения и величину перемещения тормозной педали. Однако для водителя, привыкшего к традиционной системе, это может быть шокирующим, поскольку
при легком нажатии на тормозную педаль она просто «провалится в пол».
Исключить данное явление призван эмулятор усилия педали (ЭУП) (pedal force emulator PFE), который имитирует поведение традиционной педали тормоза, не шокируя водителя, и одновременно собирает необходимые данные для работы ЭГТС.
В результате научного сотрудничества исследовательских групп Волгоградского государственного технического университета и Туринского политехнического института (Politec-nico di Torino, Torino, Italy), при поддержке FIAT AUTO, был создан ЭУП для перспективных автоматизированных тормозных систем.
Данная система содержит главный тормозной цилиндр (ГТЦ) автомобиля Alfa Romeo 166 mod (рис. 1) и разработанный эмулятор усилия педали, изображенный на рис. 2. В отличие от традиционной тормозной системы, где ГТЦ передает усилие от ноги водителя к колесным тормозным цилиндрам, в данном случае ГТЦ решает обратную задачу, передавая водителю реакцию педали на его действия. Практически ГТЦ используется только при отказе ЭГТС (например, при отсутствии питания), соединяясь напрямую с колесными тормозными цилиндрами.
ЭУП является «сердцем» системы, имитируя возвратное усилие на педаль.
Наиболее простым средством моделирования являются математические пакеты. В данном случае был использован программный пакет AMESim, для предварительного исследования системы, включающей в себя ГТЦ и ЭУП.
Первоначальная характеристика «перемещение-усилие» на педали была получена специалистами Bosch в результате замеров произведенных на наиболее распространенных серийных автомобилях (рис. 3).
В результате первоначального анализа характеристики «перемещение-усилие» на педали
Рис. 1. ГТЦ Alfa Romeo 166
Рис. 2. Эмулятор усилия педали (ЭУП)
был сделан предварительный вывод о схеме системы.
Поршень, изображенный слева на рис. 2, приводится в движение тормозной жидкостью, перетекающей из главного тормозного цилиндра, и обеспечивает контакт со вторым поршнем. Пружина, поджимающая данный поршень, обеспечивает возврат системы в исходное положение и имитирует усилие в начальный момент хода тормозной педали. Второй поршень и пружина (рис. 4) обеспечивают средние значения характеристики «перемещение педали -усилие».
Перемещение педали (mm)
Рис. 3. Типичная характеристика перемещения педали
Перемещение (мм) Рис. 4. ЭУП вторая пружина (фотография и характеристика «усилие-перемещение»
Перемещение (мм) Рис. 5. Отбойник из материала Cellasto® и экспериментальные характеристики
Для имитации высокого усилия в конце хода педали применен элемент, изготовленный из материала Се11а8Ш® (применяющегося в амортизаторах автомобилей), специального профиля (рис. 5).
Все элементы разрабатываемой системы математически и виртуально-физически были
опробованы на стенде.
Рис. 6 отображает модель AMESim ЭУП. В данной модели в верхней части отображена модель стандартного ГТЦ, применяемого на Alfa Romeo 166 и две выходных линии давления. Элементы 1−7 — компоненты разработанного ЭУП (рис. 7).
Рис. 6. Математическая модель ЭУП, созданная в программе AMESim®
Рис. 7. Компоненты ЭУП
Для установки на стенд, использующий виртуально-физическую технологию моделирования, был изготовлен ЭУП.
Для контроля сигналов и управления стендом в реальном масштабе времени использовался Mathlab/Simulink® и xPC Target (рис. 8).
Коммуникацию сигналов ввода-вывода обеспечивали платы National Instruments. Перемещение штока ГТЦ на необходимую величину и с заданной скоростью обеспечивалось гидравлической станцией с электроклапаном DHZO 4/4 Atos
.в.
¦
. ut
¦-
Рис. S. Фрагмент управляющей программы Mathlab/Simulink XPCTarget
и PID контроллером, подключенным к датчику перемещения и гидроцилиндру (рис. 9).
Для измерения перемещения имитируемой педали тормоза, работы PID контроллера и даль-
Рис. 9. Закрепление ЭУП и ГТЦ на стенде
Рис. 10. Закрепление датчика перемещения педали на стенде
нейшего расчета скорости перемещения имитируемой педали, выбора алгоритма действий ЭГТС (экстренное — нормальное, дежурное торможение) на стенд установлен датчик перемещения (рис. 10).
S
О
& lt-и
О
щ
п
о
к
CQ
Перемещение входного штока, мм
Рис. 11. Экспериментальная характеристика ЭУП:
1 — Bosch- 2 — результат моделирования в AMESim® —
— варианты экспериментальных результатов с различными элементами «А» (рис. 7)
На рис. 11 представлена экспериментальная характеристика ЭУП. Выбросы значений обусловлены трением в ЭУП. Эксперимент показал эффективность применения виртуально-физической технологии моделирования, характеризующейся хорошей воспроизводимостью результатов протекания процессов, учитывающих физические и технологические особенности изделия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Ревин, А. А. Комплексное моделирование в цикле проектирования автомобилей и их систем / А. А. Ревин, В. Г. Ды-гало // Автомобильная промышленность. — № 11. — 2002. -С. 29−30.
2. Дыгало, В. Г. Средства виртуальных испытаний автоматизированных тормозных систем / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. // ВолгГТУ. -Волгоград, 2004. — С. 67−73.
3
3. Ревин, А. А. Виртуальные испытания в цикле проектирования автоматизированных тормозных систем / А. А. Ревин, В. Г. Дыгало // Наука — производству. — № 1. -2005. — С. 43−47.
4. Дыгало, В. Г. Стенд для комплексных лабораторных испытаний ЭГТС // В. Г. Дыгало, А. А. Ревин, А. Сорниотти, М. Веллардокиа // Автомобильная промышленность. — № 3. — 2006. — С. 34−35.
5. Дыгало, В. Г. Виртуально-физическая технология лабораторных испытаний систем активной безопасности автотранспортных средств: монография / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин- ВолгГТУ. — Волгоград, 2006. — 316 с.
6. Дыгало, В. Г. Виртуально-физическая технология моделирования в цикле проектирования автоматизированных тормозных систем / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2007. — Т. 8. — № 2. — С. 13−15.
7. Wolf, D. Jonner, H. Winner, L. Dreilich, E. Schunck, Elec-trohydraulic Brake System — The First Approach to Brake-By-Wire Tecnology, SAE Technical Paper Series 960 991, 1996.
8. L. Petruccelli (Fiat Auto), M. Velardocchia, A. Sor-niotti, Electro-Hydraulic Braking System Modelling and
Simulation, 21st Annual Brake Colloquium & amp- Exhibition, October 2003, Hollywood, FL, USA, Session: Models & amp- Simulations, SAE 2003−01−3336.
9. David G. Ebert, Richard A. Kaatz, Objective Characterization of Vehicle Brake Feel, SAE Technical Paper Series 940 331, 1994.
10. K. Bill, M. Semsch, B. Breuer, A New Approach to Investigate the Vehicle Interface Driver/Brake Pedal Under Real Road Conditions in View of Oncoming Brake-by-wire-systems, SAE Technical Paper Series 1999−01−2949, 1999.
11. H. -W. Bleckmann, J. Burgdorf, H. -E. von Grunberg, K. Timtner, and L. Weise, The First Compact 4-Wheel AntiSkid System with Integral Hydraulic Booster, SAE Technical Paper Series 830 483, 1983.
12. Yasuo Konishi, Masayoshi Hattori, Masakazu Sugi-sawa and Michihuru Nishii, Development of Hydraulic Booster Unit for Active Brake Control, SAE Technical Paper Series 980 602, 1998.
13. James W. Zehnder II, Shekhar S. Kanetkar and Craig A. Osterday, Variable Rate Pedal Feel Emulator Designs for a Brake-by-wire System, SAE Technical Paper Series 1999−10 481, 1999.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой