Badanie przewodnoci pneumatycznego modulatora ABS

Transkrypt

1 ARCHIWUM MOTORYZACJI 3, (009) Badanie rzewodnoci neumatycznego modulatora ABS JAROSŁAW CZABAN, MIKOŁAJ MIATLUK Politechnika Białostocka W racy rzedstawiono metodyk bada charakterystyk rzeływowych neumatycznego modulatora ABS. Na odstawie wykonanych bada dokonano komuterowej identyfikacji rzewodnoci modulatora Wyniki bada rzedstawiono w ostaci wykresów i tabel.. Wrowadzenie Pneumatyczne układy hamulcowe stosowane s głównie w autobusach, samochodach ciarowych oraz samochodach ciarowych z rzyczeami i naczeami o duej ładownoci. Podczas eksloatacji takich samochodów wartoci nacisków na osie oraz ołoenie rodka masy zmieniaj si w szerokim zakresie. Zwizane jest to cile z wielkoci i charakterem obcienia oraz z intensywnoci hamowania ojazdu. W celu uzyskania wysokiej skutecznoci hamowania i zachowania statecznoci ruchu stosuje si w tych ojazdach automatyczne regulatory oraz korektory siły hamowania. Elementy te w rzyadku hamowania anicznego, zwłaszcza na liskiej nawierzchni, nie ograniczaj blokowania kół, dlatego stosuje si we wsółczesnych ojazdach samochodowych układ regulacji olizgu kół ABS, który umoliwia efektywniejsze wykorzystanie skutecznoci hamulców. Do głównych zesołów ABS nale czujniki rdkoci obrotowej koła, elektroneumatyczne modulatory cinienia (dwu- lub trójstanowe) dla siłowników neumatycznych oraz elektroniczny moduł sterujcy realizujcy zarogramowane algorytmy działania układu w celu osignicia maksymalnej rzyczenoci w kadych warunkach. Przykład modulatora trójstanowego rzedstawiono na rysunku. W zalenoci od wzbudzenia wewntrznych elektromagnesów, realizowanego rzez elektroniczny moduł sterujcy, mona uzyska w siłowniku hamulcowym nastujce stany: - wzrost cinienia (rys. b), - utrzymanie cinienia (rys. d), - sadek cinienia (rys. c).

2 6 J. Czaban, M. Miatluk Rys.. Schemat budowy modulatora trójstanowego ABS: a) ołoenie odhamowane; b) hamowanie normalne; c) reakcja układu ABS; d) kontynuacja interwencji układu ABS; -5 membrany;, 3, 6, 0, rzeloty; 7, zawory; 8, 9 elektromagnesy [6]. Fig.. Constructive scheme of three-state ABS modulator: a) unbraking osition, b) normal braking, c) reaction of ABS system, d) continuation of ABS system intervention; -5 membranes,,3,6,0, - air ways, 7, valves, 8,9 electromagnets. Zastosowanie systemu ABS w układzie hamulcowym wływa na właciwoci dynamiczne tego układu. Tak wic znajomo rzewodnoci neumatycznej i charakterystyk rzeływowych elementów neumatycznych zastosowanych w układzie ABS jest niezbdna do analizy i syntezy neumatycznych układów hamulcowych. Celem racy jest dowiadczalne okrelenie rzewodnoci neumatycznej modulatora trójstanowego

3 Badanie rzewodnoci neumatycznego modulatora ABS 7. Metodyka bada Do bada regulatora zastosowano metod oracowan w Katedrze Budowy i Eksloatacji Maszyn Politechniki Białostockiej [, 4], w której wykorzystano zaleno oisujc masowe natenie rzeływu owietrza rzez dysz [5]: Q = ( µ A) vm ϕmax ( σ kr ) ϕ( σ ) () R T gdzie: (µa) rzewodno (efektywne ole rzeływu) [m ], T temeratura owietrza rzed oorem [K], σ - stosunek cinienia za oorem do cinienia rzed oorem (rys.), ϕ(σ) bezwymiarowa funkcja rzeływu, R stała gazowa, dla owietrza R=87,4 [J/(kg K)], v m rdko rozchodzenia si dwiku w nieruchomym gazie v m = κ R T, κ wsółczynnik adiabaty, ϕ max (σ kr ) warto maksymalna funkcji teoretycznej Saint Venanta i Wantzela. W metodzie tej, w celu uroszczenia stanowiska, rzyjto koncecj omiaru o- redniego na odstawie rzebiegu cinienia w komorze naełnianej oraz komorze rzed badanym elementem. Załoono, e roces naełniania jest adiabatyczny. Ze wzgldu na dyskretny charakter racy modulatora, wymagajcy odowiedniego sterowania, stanowisko zostało zmodyfikowane. Schemat zmodyfikowanego stanowiska rzedstawiono na rysunku. 3 0 SABS U 8 U 9 V V Rys.. Schemat stanowiska badawczego: srarka, regulator cinienia LPR-/4-0, 3,7 zawory elektromagnetyczne, 5 badany modulator ABS, 4, 6 zbiornik owietrza, 8,9 rzetwornik cinienia P5 RVA/0B, 0 urzdzenie sterujce zaworami, moduł mocy, - układ zasilania rzetworników cinienia, interfejs wej analogowych, mikrokontroler SABS, 3 komuter EMC z kart omiarow MC. Fig.. Scheme of exerimental stand: - comressor, - ressure regulator, 3 electromagnetic valves, 5 modulator ABS being investigated, 4,6 receiver, 8,9 ressure convertor P5 RVA/0B, 0 valves control unit, ower module, filling system of ressure convertors, interface of analogous inuts, microcontroller SABS, 3 comuter EMC with measuring card MC.

4 8 J. Czaban, M. Miatluk Do sterowania rac modulatora ABS zarojektowano i wykonano własny sterownik SABS, którego schemat rzedstawiono na rysunku 3. Sterownik został oarty na mikrokontrolerze ATMega8 i orogramowany w systemie Bascom. Wewntrzny rogram sterownika umoliwiał odowiedni realizacj cykli racy badanego modulatora (wzrost, utrzymywanie i sadek cinienia w zbiorniku 6). Do ustawiania arametrów cykli racy wykorzystano interfejs RS3 oraz system komuterowy PNEUMA [], który wsomagał badania zarówno w akwizycji danych, jak równie w ich oracowywaniu. System został stworzony w rodowisku rogramistycznym Delhi. Przykładowe okna systemu rzedstawiono na rysunku Rys. 3. Schemat sterownika SABS mikrokontroler ATMega8, obwód zasilania, 3 wyjcie do układu mocy 4 złcze rogramatora, 5 obwód wywietlacza LCD, 6 interfejs RS3, 7 diody sygnalizujce, 8 obwód rzełczników. Fig. 3. Scheme of SABS controller, microcotroller ATMega8, loading circuit, 3- outut to ower system, 4 rogrammer connector, 5 circuit of LCD monitor, 6 interface RS3, 7 signal diodes, 8 switchers circuit.

5 Badanie rzewodnoci neumatycznego modulatora ABS 9 Rys. 4. Przykładowe okna systemu komuterowego wsomagania bada elementów neumatycznych PNEUMA. Fig. 4. Exemlary windows of comuter aided system for investigation of neumatic elements PNEUMA. W celu oisu matematycznego rocesu rzejciowego na stanowisku badawczym srowadzono je do schematu obliczeniowego rzedstawionego na rysunku 5. Dla tak rzyjtego schematu oraz sosobu racy modulatora równanie oisujce zmiany ci- nienia w zbiorniku naełnianym i orónianym do atmosfery rzyjmuje nastujc osta: d κrt = ( µ A) vm ϕmax( σ kr) ϕ + dt V RT () κrt a ( µ A) ν m ϕmax( σ kr) ϕ V RT gdzie: (µa), (µa) rzewodnoci modulatora w rocesie naełniania i oróniania zbiornika, ϕ ( / ), ϕ ( a / ) bezwymiarowe funkcje rzeływu w rocesie naełniania i oróniania zbiornika, a cinienie atmosferyczne. Równanie () osłuyło do identyfikacji rzewodnoci oraz funkcji rzeływu modulatora ABS. Przyjmujc funkcje rzeływu w ostaci roonowanej rzez Miatluka i Awtuszko [5]: σ σ ϕ( σ ) = B ; ϕ ( σ ) = B B σ B σ

6 30 J. Czaban, M. Miatluk równanie (), dla teoretycznie okrelanego rzebiegu cinienia t w komorze V oraz dowiadczalnie okrelonego cinienia d, d rzed i za badanym modulatorem, rzyjmuje osta: d t κrt d t = ( µ A) + vm ϕmax( σ kr) ϕ dt V RT d (3) κrt d a ( µ A) ν m ϕmax( σ kr) ϕ V RT t (A),V,V a (A) Rys. 5. Schemat obliczeniowy stanowiska. Fig. 5. Stand comutational scheme. 3. Przebieg i wyniki bada Badania modulatora ABS rzerowadzono dla rónych czasów otwarciazamknicia zaworów wewntrznych modulatora sterowanych elektromagnesami. W rzeczywistych układach hamulcowych cykl racy modulatora owtarzany jest -6 razy w cigu sekundy [5], dlatego badania rzerowadzono dla nastujcych czasów działania: 00, 00, 300, 400 i 500ms. Dodatkowo zbadano modulator rzy cigłym otwarciu zaworów (róba bez utrzymywania cinienia). Liczb cykli w kadym do- wiadczeniu dobierano tak, aby uzyska wyrównanie wartoci cinienia w obu zbiornikach, a nastnie oróni całkowicie zbiornik V. W badaniach wykorzystano modulator W kadym unkcie dowiadczenia wykonano o 6 owtórze omiarów, rejestrujc rzebiegi d i d oraz wartoci naicia sygnału generowanego rzez sterownik SABS. Na odstawie zarejestrowanych stanów nai sterujcych moliwe było dokładne okrelenie ocztku i koca otwarcia zaworów modulatora. Wartoci oornoci (µa) i (µa) w zalenoci od stanów zasilania elektrozaworów rzedstawiono w tabeli.

7 Badanie rzewodnoci neumatycznego modulatora ABS 3 Tabela. Wartoci oornoci modulatora w zalenoci od stanu zasilania elektrozaworów. Table. Values of modulator resistance deending on the state of electro-valves voltage. Zmiana cinienia w komorze V Przewodno (µa) i Stan zasilania elektrozaworu Stan zasilania elektrozaworu Wzrost (µa) > 0; (µa) = Utrzymywanie (µa) = 0; (µa) = 0 0 Sadek (µa) = 0; (µa) > 0 0 a) d,, d [Pa] 0 x 05 9 P d P t 4 3 P d Utrzymywanie cinienia Sadek/utrzymywanie cinienia b) µa 0-5 [m ],00 c),80 B 6,00 5,00 4,00 3,00,00,00 0,00 mia mia miasr miasr t [ms] 500 B B bsr bsr Wzrost/ utrzymywanie cinienia t[s],40,0, t [ms] 500 Rys. 6. Wyniki identyfikacji charakterystyk rzeływowych modulatora ABS. a) rzykładowy rzebieg dowiadczalny i teoretyczny dla czasu utrzymywania cinienia 500ms, b) wartoci identyfikacji rzewodnoci µa, µa w funkcji czasu utrzymywania cinienia, c) wartoci identyfikacji B, B arametrów funkcji rzeływu w funkcji czasu utrzymywania cinienia. Fig. 6. Identification results of flow characteristics of ABS modulator. a) exemlary exerimental and theoretical run for ressure keeing time 500ms b) identification values of conductivity µa, µa as function of ressure keeing time, c) identification values of arameters B, B as function of ressure keeing time. Parametry (µa), (µa), B i B identyfikowano numerycznie metod bezgradientow oszukiwa rostych Hooka-Jeevesa minimalizujc wyraenie: m ( di ti ) i= a do osignicia zadanej dokładnoci oblicze. W kadym kroku iteracji równanie róniczkowe (3) rozwizywano metod Fehlberga. Do identyfikacji wykorzystano własny odrogram systemu PNEUMA oraz rocedury numeryczne zawarte w racy [].

8 3 J. Czaban, M. Miatluk Stoie doasowania krzywej cinienia d rejestrowanego i teoretycznego t oceniano na odstawie wsółczynnika korelacji R. We wszystkich rzyadkach otrzymano wartoci R wiksze od Przykładowe rzebiegi zarejestrowanych cinie wraz z rzebiegiem teoretycznym rzedstawiono na rysunku 6a. Otrzymane wartoci µa, µa, B, B, oraz ich wartoci rednie rzedstawiono w tabeli oraz rysunkach 6a i 6b. Nr do- wiadczenia Tabela. Wyniki identyfikacji charakterystyk rzeływowych modulatora ABS. Table. Identification results of flow characteristics of ABS modulator. Nr róby Czas zwikszania cinienia [ms] Czas utrzymywania cinienia [ms] Czas zmniejszania cinienia [ms] mia x0-5 [m ] mia x0-5 [m ] ,9 4,04,8, ,6 4,65,, , 4,54,9, ,0 4,55,9, , 4,53,0, ,0 4,57,9, ,00 3,79,4, ,95 3,93,7, ,97 4,63,, ,85 4,64,3, ,59 4,39,39, ,77 4,43,3, ,6 3,89,34, ,3 4,7,4, ,9 4,37,45, ,5 4,40,36, ,0 4,55,6, ,98 4,63,7, ,06 4,5,8, ,06 4,4,35, ,06 4,50,30, ,06 4,5,5, ,06 4,73,7, ,0 4,95,35,38 B B

9 Badanie rzewodnoci neumatycznego modulatora ABS 33 cd. Tabeli contd Table ,30 4,70,37, ,5 3,36,9, ,09 3,46,36, , 3,60,33, ,3 3,6,33, ,0 3,67,34, ,6 4,60,6, ,6 4,8,7, ,4 4,30,3, ,03 4,4,, ,09 4,56,, ,3 4,78,3,3 rednia 3,09 4,34,8,33 3. Podsumowanie Przedstawiona w racy metoda bada umoliwia identyfikacj charakterystyk rzeływowych modulatora trójstanowego ABS. Uzyskane wyniki ozwalaj na rowadzenie oblicze dynamiki neumatycznych układów hamulcowych z układem regulacji olizgu kół ABS, a w szczególnoci otymalizacji algorytmów sterowania w celu odniesienia skutecznoci hamowania, zaewnienia statecznoci ruchu i skrócenia czasu reakcji siłowników neumatycznych. Zarezentowana metoda moe by stosowana równie w badaniach innych tyów zaworów i regulatorów neumatycznych stosowanych w ojazdach samochodowych. Literatura [] BARON B., MARCOL A., ST. PAWLIKOWSKI: Metody numeryczne w Delhi 4. Helion, Gliwice 999. [] CZABAN J., MIATLUK M.: Wyznaczanie charakterystyk urzdze neumatycznych wsomagane komuterowo. Pneumatyka nr, 008. [3] Regulamin 3 ECE. Jednolite rzeisy dotyczce homologacji ojazdów kategorii M, N i O w zakresie hamowania. [4] MIATLUK M, KAMI SKI Z, CZABAN J.: Characteristic features of the airflow of neumatic elements of agricultural vehicles. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture Vol [5] MIATLUK M., AVTUŠKO V.: Dinamika nevmatieskich i gidravlieskich rividov avtomobilej. Mašinostroenije, Moskva 980. [6] ŁOMAKO D.M., STA CZYK T.L.; GRZYB J.: Pneumatyczne układy hamulcowe w ojazdach samochodowych. Politechnika witokrzyska, Kielce 00.

10 34 J. Czaban, M. Miatluk Conductivity ivestigation of ABS neumatic modulator S u m m a r y The method of flow characteristics investigation of ABS neumatic modulator is resented in the aer. Comuter identification of modulator conductivity was erformed on the basis of the conducted investigations. Results of investigations are resented in form of grahs and tables.