CC BY
30
УДК 629.113: 62-592.52
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕСТОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В ПРОЦЕССЕ ДИАГНОСТИКИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТОРМОЗНОГО ПРИВОДА АВТОМОБИЛЯ
© Е.М. Портнягин1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Изложен алгоритм решения задачи оптимизации тестовых воздействий на аппараты автомобильного ПТП с целью разработки методов их диагностирования. Приведено подробное описание целевой функции и алгоритма решения задачи. Приведен пример оптимизации тестовых воздействий для диагностики аппаратов автомобиля КамАЗ-5320.
1Портнягин Евгений Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405689, e-mail: [email protected]
Portnyagin Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: (3952) 405689, e-mail: [email protected]
162
ВЕСТНИК ИрГТУ №9 (80) 2013
Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: пневматический тормозной привод; тестовые режимы; диагностика; фазовая динамическая характеристика; автомобиль; темп изменения давления.
TEST IMPACT OPTIMIZATION UNDER VEHICLE AIR BRAKE CONTROL DIAGNOSTICS E.M. Portnyagin
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article presents the algorithm of solving the optimization problem of test impacts on air brake control devices of a vehicle in order to develop their troubleshooting methods. The criterion function and the algorithm of problem solving are described in detail. The example of test impact optimization is given for the diagnostics of KAMAZ-5320 devices. 3 figures. 1 table. 6 sources.
Key words: air brake control; test modes; diagnostics (troubleshooting); phase dynamic characteristics; vehicle; rate of pressure change.
Транспорт
Оптимизация тестовых режимов является важным этапом при разработке новых методов диагностирования [1]. От корректности тестовых режимов зависит не только качество разрабатываемых методов диагностирования, но зачастую и их жизнеспособность. В данной статье приведены результаты проведенных экспериментальных исследований, направленных на оптимизацию тестовых режимов динамических характеристик аппаратов пневматического тормозного привода (ПТП) автомобиля КамАЗ.
Решение задачи оптимизации темпов изменения входных управляющих воздействий, обеспечивающих наибольшую чувствительность диагностических признаков на участках локальных диагнозов [2-4], выполнялось на основе разработанного алгоритма, который позволяет решать задачу оптимизации темпов изменения тестовых воздействий на объекты диагностирования (ОД). Математически задача оптимизации темпов изменения входных сигналов на входах ОД может быть формализована в виде целевой функции:
Ли = Ф( Qi)^mъx. (1)
Целевая функция (1) позволяет вычислять такой темп изменения управляющего сигнала 1упр на входе ОД, значение которого обеспечит наибольшую чувствительность диагностического участка лик изменению параметра технического состояния при его вариации О, от начального Он до предельного ОП значения.
Известно, что фазовые динамические характеристики ПТП и пневмоаппаратов, при варьировании параметров технического состояния О,, образуют области локальных диагнозов О. Построение таких областей возможно на основе разработанных детерминированных математических моделей пневмоаппаратов и контуров ПТП автомобиля. Выявление в области локального диагноза диагностических участков ли, обладающих наибольшей чувствительностью к изменениям параметров технического состояния, осуществляется на основе разработанного метода наибольших сечений [2, 3]. Следует отметить, что чувствительность диагностических участков лик изменению параметров технического состояния О, зависит от тестового режима диагностирования ПТП и пневмоаппаратов.
Для контуров ПТП, а также для управляющих пневмоаппаратов, имеющих механический привод тестовый режим определяется темпом и законом
изменения угла поворота органа управления иупр = Для остальных аппаратов ПТП, тестовый режим определяется темпом и законом изменения давления рабочего тела на управляющих входах
иупр = Рв().
Изменение угла поворота органа управления иупр = ф$), в процессе диагностирования контуров ПТП и управляющих пневмоаппаратов, имеющих механический привод, целесообразно задавать по линейному закону. Поскольку, во-первых, это достаточно легко осуществляется технически, во-вторых, облегчает процесс анализа полученной диагностической информации, в-третьих, упрощается моделирование исследуемых процессов и, в-четвертых, облегчается процесс оптимизации тестовых воздействий.
Изменение давления рабочего тела на управляющих входах пневмоаппаратов при воспроизведении динамических режимов происходит по гиперболическому закону, поэтому тестовый режим их диагностирования определяется временем наполнения tн и временем опорожнения tо аппарата.
Таким образом, тестовые режимы диагностирования контуров ПТП и пневмоаппаратов, при известных законах управляющих входных сигналов, определяются темпами их изменения 1упр.
Следовательно, в процессе разработки оперативных и высокоинформативных методов диагностирования ПТП и пневмоаппаратов, возникает необходимость построения областей локальных диагнозов и оптимизации темпов изменения входных сигналов на входах ОД.
Для аналитического решения этих задач разработан алгоритм, структурная схема которого представлена на рис. 1.
Алгоритм решения задачи построения областей локальных диагнозов О, при варьировании параметров технического состояния ОД Р, осуществляется последовательным выполнением следующих процедур:
1. Задание тестового воздействия на ОД предусматривает ввод параметров, определяющих закон изменения управляющего воздействия иупр.
2. Выбор параметра технического состояния О, (увеличение сил трения между элементами, поломка и усадка пружин, заедание и неполное открытие клапанов и поршней, изменение давления рабочего тела на входе и др.).
Рис. 1. Алгоритм процедуры оптимизации режимов диагностирования и построения областей й, локальных
диагнозов
3. Процедура цикла расчета величины параметра технического состояния О, от начального 0Нн, до предельного Ощ значения.
4. Расчет времени Т, процесса наполнения и опорожнения ОД рабочим телом.
5. Процедура расчета текущего значения величины управляющего воздействия иупр = 2упр).
6. Алгоритм расчета фазовой динамической характеристики объекта диагностирования (рис. 1);
7. Построение области локального диагноза О,,
образуемой совокупностью ФДХ ОД, для каждого дискретного значения параметра технического состояния О,, в диапазоне от начальной 0Нн, до предельной величины. Построение выполняется в цикле, тело которого составляют процедуры 3-7 (на рис. 1 обведен пунктиром).
Алгоритм решения задачи оптимизации тестового воздействия на ОД предусматривает последовательное выполнение следующих процедур:
1. Ввод исходных данных для расчета математи-
ческой модели ОД.
2. Задание тестового воздействия на ОД, предусматривает ввод параметров, определяющих закон изменения управляющего воздействия иупр.
3. Ввод параметров технического состояния О, (увеличение сил трения между элементами, поломка и усадка пружин, заедание и неполное открытие клапанов и поршней, изменение давления рабочего тела на входе и др.).
4. Присвоение параметру темпа изменения управляющего воздействия 2упр начального значения 2Ш„.
5. Расчет и построение области локального диагноза при вариации / -го параметра технического состояния (на рис. 1 обведен пунктирной линией).
6. Расчет параметра лимах чувствительности диагностического участка с использованием метода наибольшего сечения [2-4].
7. Выполнение процедуры сравнения рассчитанного параметра лимах, с аналогичным параметром лимах-1, рассчитанным на предыдущем шаге.
Если лимах>лимах.1 предусматриваются следующие процедуры:
8. Присваивание некоторой переменной 2т значения рассчитанного темпа изменения управляющего тестового воздействия 2упр.
9. Увеличение темпа изменения управляющего тестового воздействия 2упр на величину л2.
10. Повторное выполнение расчетов по пунктам
5-7.
В случае если лимах <лимах-1 предусматривается процедура:
11. Присвоения параметру 2упр значения пере-
менной 2т, т.е. значения темпа управляющего воздействия на предыдущем шаге.
Таким образом, разработанный алгоритм (рис. 1) обеспечивает возможность построения областей локальных диагнозов и проведения оптимизации темпов управляющих тестовых воздействий на пневмоаппа-рат и ПТП, как объектов диагностирования.
Экспериментальная проверка разработанного алгоритма оптимизации тестовых режимов проводилась на примере анализа фазовых динамических характеристик (ФДХ) аппаратов ПТП автомобиля КамАЗ-5320 используемых при разработке новых методов их диагностирования. В процессе исследований было установлено, что площади, образованные ФДХ пневмоап-паратов в процессе их наполнения и опорожнения увеличиваются с повышением темпов 2упр изменения управляющих воздействий иупр (рис. 2).
При этом чувствительность лиш диагностических признаков на участках локальных диагнозов аппаратов ПТП к изменению параметров технического состояния О,, с повышением темпов 2упр изменения управляющих воздействий сначала растет, а затем начинает снижаться (рис. 3). Начальный рост чувствительности лиш диагностических признаков объясняется тем, что с повышением темпов 2упр изменения управляющих воздействий, изменения параметров технического состояния О, аппаратов ПТП приводит к нарушению динамики перемещения их подвижных элементов (поршней, толкателей, клапанов и т.п.). Это, в свою очередь, ведет к нарушению протекания газодинамических процессов в аппаратах ПТП и увеличению областей локальных диагнозов, образованных ФДХ.
Рис. 2. Изменение вида ФДХ КОД при изменении темпа 1уПр входного управляющего давления Р1
Транспорт
Аи, МПа 0,28
0,24
0,20 0,16 0,12 0,03 0,04
0
Аиу
А\
1 2 3 4 5 (
МПа/с
Рис. 3. Зависимости чувствительности диагностических признаков КОД от темпа изменения входного управляющего давления иупр= Р1
Результаты оптимизации темпов изменения управляющих воздействий для реализации процессов
№ п/п Аппарат ПТП Входной управляющий сигнал Темп 2упр
1 Двухсекционный тормозной кран иУпр=Ф Ч t ) 96 град/с
2 Кран управления стояночным тормозом иЧпо=Ф П t) 90 град/с
3 Регулятор тормозных сил иУпр= РМ t) 2,8 МПа/с
4 Клапан ограничения давления иУпр= РМ t) 3,2 МПа/с
5 Ускорительный клапан иУпр= РМ t) 3,7 МПа/с
6 Регулятор давления иупр= РМ t) 2,8 МПа/с
7 Тройной защитный клапан иупр= РМ t) 3,5 МПа/с
8 Двойной защитный клапан иупр= РМ t ) 3,5 МПа/с
9 Одинарный защитный клапан иупр= РМ t ) 3,5 МПа/с
11 Двухмагистральный клапан иупр= РМ t ) 3,0 МПа/с
12 Воздухораспределительный клапан иупр= РМ t ) 3,0 МПа/с
13 КУТП* с двухпроводным приводом иупр= РМ t ) 3,6 МПа/с
14 КУТП с однопроводным приводом иупр= РМ t ) 3,4 МПа/с
*КУТП - кран управления тормозами прицепа.
При высоких темпах 2упр, скорости изменения управляющих воздействий становятся настолько велики, что ФДХ работоспособных пневмоаппара-тов образуют большие петли, соизмеримые с площадями координатных плоскостей, оси которых ограничены максимальными значениями управляющих (Х=иупрМАХ) и выходных (У=Р2МАХ) параметров.
Полученные результаты расчетов оптимальных тестовых воздействий в процессе реализации динамических методов диагностирования аппаратов ПТП, представлены в табл. 1.
Результаты выполненных исследований подтверждают целесообразность применения фазовых дина-
мических характеристик аппаратов ПТП в качестве диагностических сигналов, которые образуют области локальных диагнозов, обладающие диагностическими признаками.
Установлено, что для реализации метода функционального диагностирования аппаратов ПТП основанного на анализе диагностических признаков, полученных в результате обработки фазовых динамических характеристик предпочтительно использовать разработанный метод оптимизации тестовых воздействий [4]. Это позволит разработать высокоинформативные и перспективные с точки зрения эффективности динамические методы диагностирования.
Транспорт
1. Федотов А.И., Портнягин Е.М. К вопросу о тестовых воздействиях на объект диагностирования // Вестник ИрГТУ. 2011. № 5 (52). С. 95-100.
2. Способ диагностирования аппаратов пневматического тормозного привода и устройство для его осуществления: пат. 2139506 Рос. Федерация. № 97113326/28; заявл. 31.07.1997; опубл. 10.10.1999.
3. Способ дифференциального диагностирования тормозных систем автотранспортных средств с пневматическим
ский список
тормозным приводом и устройство для его осуществления: пат. 2345915 Рос. Федерация. № 2007138376/11; заявл. 16.10.2007; опубл. 10.02.2009.
4. Федотов А.И., Григорьев И.М. Экспериментальные исследования динамического метода диагностирования автомобильных регуляторов тормозных сил. // Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация. 2006. № 3. С. 6.
