Аннотация. На основе штатных компонентов разработана электронная система управления моторным тормозом дизельного двигателя КамАЗ. Отличительной особенностью спроектированной системы является дуплексный привод исполнительных механизмов, позволяющий управлять пневмоцилиндрами заслонок моторного тормоза и пневмоцилиндром выключения подачи топлива как со стороны электроники, так и со стороны водителя. Приведены результаты полунатурного эксперимента по исследованию динамики двигателя в тормозном режиме с включением и без включения моторного тормоза. Дано заключение об интенсивности снижения угловой скорости коленчатого вала двигателя в зависимости от режима работы силового агрегата.
Введение. Вспомогательная тормозная система [1, с. 98] грузового автомобиля предназначена для разгрузки колесных тормозных механизмов при движении по затяжным спускам, а также для глушения дизельного двигателя после остановки транспортного средства. Водитель воздействует на исполнительные механизмы моторного тормоза (МТ) путем нажатия на головку крана вспомогательной тормозной системы, установленного на полу в кабине под правой ногой. При этом заслонки МТ перекрывают выпускной коллектор, а рейка топливного насоса перемещается в позицию нулевой топливоподачи.
При автоматизации силового агрегата штатная вспомогательная система может быть использована при отработке комплексного алгоритма переключения передач по принципу центральной синхронизации [3, с. 268], имеющего следующую структуру: управление двигателем с одновременным управлением сцеплением – выключение предыдущей передачи – частичное включение сцепления – синхронизация включаемых элементов КП с помощью управления двигателем – включение последующей передачи – полное включение сцепления и управление двигателем.
В частности, при переключении на высшую передачу необходимо «подтормозить» зубчатое колесо включаемой передачи путем активации, например, вспомогательной тормозной системы при частично включенном фрикционном сцеплении. Однако для реализации данного технического решения моторный тормоз должен иметь электронное управление.
В то же время при движении по пересеченной местности водитель должен иметь возможность независимо от автоматики управлять моторным тормозом в зависимости от сложившейся дорожной ситуации.
Таким образом, при автоматизации силового агрегата вспомогательная тормозная система должна иметь два независимых контура управления, позволяющих срабатывать исполнительным механизмам моторного тормоза как по командам от электронного блока, так и при воздействии водителя на штатный орган управления.
Основная часть. Штатная система управления моторным тормозом дизельного двигателя КамАЗ-740 [3, с. 261] дополнительно оборудована электромагнитным пневматическим клапаном 3 и двухмагистральным клапаном 5 (см. рис.1).
Рис.1. Схема электронной системы управления моторным тормозом
1 – ЭБУ двигателем; 2 – ресивер; 3 – электромагнитный клапан; 4 – кран вспомогательной тормозной системы; 5 – двухмагистральный клапан; 6 – моторный тормоз; 7 – пневмоцилиндр моторного тормоза; 8 – цилиндр выключения подачи топлива
Электромагнитный клапан 3 (см. рис.1) модели РС380, установленный на корпусе коробки передач, входит в состав автоматизированного привода управления моторным тормозом. Данный клапан используется при отработке комплексного алгоритма по переключению на высшую передачу с центральной синхронизацией. Срабатывание клапана обеспечивает подачу сжатого воздуха в рабочую полость силовых цилиндров 7 и 8 и, как следствие, включение моторного тормоза и прерывание топливоподачи. На момент выравнивания угловых скоростей включаемых элементов КП контроллер обесточивает ЭМК. Рабочая полость пневмоцилиндра сообщается с атмосферой, а заслонки моторного тормоза 6, за счет распрямления цилиндрической пружины пневмоцилиндров 7, возвращаются в исходное положение.
Двухмагистральный клапан 5 (см. рис.1) позволяет моторному тормозу срабатывать независимо от автоматизированного привода при активации водителем режима торможения вспомогательной тормозной системой или для выключения двигателя. И в том и в другом случае сжатый воздух поступает от крана управления вспомогательной системой, находящегося под правой ногой водителя, в пневмоцилиндры 7 моторного тормоза и цилиндр 8 выключения подачи топлива.
Размещение вышеописанных компонентов вспомогательной тормозной системы на испытательном стенде автоматизированного силового агрегата показано на рис.2. Распределение датчиков и электромагнитных клапанов управления исполнительными механизмами двигателя КамАЗ, включая моторный тормоз, по портам смарт-контроллера ecomatR360 серии CR2500 (ifm electronic, Германия) [4] представлено в таблице 1.
Рис.2.Исполнительный механизм моторного тормоза с системой управления
1 – рычаг заслонки моторного тормоза; 2 – силовой цилиндр; 3 – двухпозиционный электромагнитный клапан; 4 – двухмагистральный клапан
Таблица1. Распределение датчиков и ЭМК по портам контроллера ДВС
Вх/вых | Адрес | Описание подключаемого датчика или электромагнитного клапана |
Smart Controller СR2500 (ID #01) | ||
DigIn |
(цифровой.)%IX0.0Датчик частоты вращения коленвала ДВС, (частотный вход FQIn0)%IW3Датчик давления масла%IX1.0Датчик аварийного перегрева левого блока цилиндров%IX1.8Датчик включения моторного тормоза (концевик)AnaIn
(аналоговый)%IW6Датчик угловых перемещений рычага ТНВД, потенциометрический%IW7Датчик температуры охлаждающей жидкости%IW8Электронная педаль (потенциометр положения, channel 0)%IW9Электронная педаль (потенциометр положения, channel 1)Output%QX0.0Пропорциональный ЭМК ДВС%QX0.8ЭМК 2-х позиционный включения моторного тормоза%QX1.0Свободно%QX1.8Свободно
В ходе экспериментальных исследований установлено, что динамика двигателя в тормозном и разгонных режимах работы различна. При резком нажатии на педаль акселератора двигатель изменяет обороты от минимально-устойчивых nдв =550 об/мин до номинальных nдв =2650 за время tразг = 2,4с (см. рис. 3). Графическая интерпретация полученных результатов производилась с помощью средств визуализации CoDeSys V2.3 [5, с. 65].
Рис.3 Осциллограмма процесса управления топливоподачей
1 – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; 2 – положение педали «газа», бит
В тормозном режиме интенсивность снижения угловой скорости коленвала двигателя зависит от срабатывания вспомогательной тормозной системы. Для активации моторного тормоза цифровой сигнал уровня «1» подавался от электронного блока 1 (см. рис. 1) на электромагнитный пневмоклапан 3 управления моторным тормозом. Срабатывание клапана обеспечивало подачу воздух в исполнительные механизмы (пневмоцилиндры) 7 и 8 управления заслонками моторного тормоза и выключения подачи топлива. Рейка топливного насоса перемещалась в позицию нулевой топливоподачи с одновременным увеличением противодавления в выпускном тракте, в результате чего эффективность торможения двигателя увеличивалась.
В процессе проведения стендовых испытаний фиксировалось общее время торможения двигателем и интенсивность снижения угловой скорости коленчатого вала при включении моторного тормоза. Результаты исследования динамики двигателя в тормозном режиме при «броске» педали «газа» с включением и без включения моторного тормоза представлены на рис. 4 и 5.
Рис.4 Торможение двигателем с включением моторного тормоза
1 – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; 2 – перемещение педали акселератора, бит; 3 – перемещение рычага регулятора ТНВД, бит; 4 – ток на обмотках ПЭМК управления топливоподачей, мА; 5 – сигнал включения моторного тормоза
Как показали результаты исследований (см. рис.4,5), интенсивность снижения угловой скорости коленвала при включении моторного тормоза увеличивается в 6,1 раза по сравнению со «свободным» торможением двигателем и составляет 106,67 рад/с2. При этом общее время торможения двигателем с максимальных оборотов (2750 об/мин) до оборотов холостого хода (560 об/мин) без включения моторного тормоза составляет tторм= 13,1с., с включением моторного тормоза – tторм = 2,15 с.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке алгоритма переключения передач по принципу центральной синхронизации и программировании электронного блока управления трансмиссией и двигателем.
Рис.5. Торможение двигателем без включения моторного тормоза
1 – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; 2 – перемещение педали акселератора, бит; 3 – перемещение рычага регулятора ТНВД, бит; 4 – ток на обмотках ПЭМК управления топливоподачей, мА
Заключение. Полученные результаты подтверждают функциональную работоспособность спроектированной электронной системы управления моторным тормозом дизельного двигателя КамАЗ-740. Интенсивность снижения угловой скорости коленвала при включении моторного тормоза увеличивается в 6,1 раза по сравнению со «свободным» торможением двигателем и составляет 106,67 рад/с2. При этом общее время торможения двигателем с максимальных оборотов до оборотов холостого хода составляет 13,1 с. без включения моторного тормоза, и 2,15 с – с включением моторного тормоза.
Перечень литературных источников
1. Высоцкий, М.С. Грузовые автомобили: проектирование и основы конструирования / М.С. Высоцкий, Л.Х. Гилелес, С.Г. Херсонский. –2-е изд., перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 1995. –256 с.: ил.
2. Руктешель, О.С. Анализ и синтез систем автоматического управления переключением передач автотранспортных средств: дис. … д-ра техн. наук: 05.05.03 / О.С. Руктешель. – Минск, 1987. – 504 с.
3. Осыко, В.В. Устройство и эксплуатация автомобиля КамАЗ-4310 / В.В. Осыко, И.Я. Петриченко, Ю.А. Алленов и др..– М.:Патриот, 1991.–351 с.:ил.
4. System manual ecomat mobile controller range R360 for CoDeSys from version 2.3 and target version 04.xx.xx / ifm electronics gmbh, Germany, Essen, 28.07.2006.
5. Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys V2.3. – ПК «Пролог», Copyright: 3S — Smart Software Solutions GmbH, 2008. – 452 с.
Автор:
Кусяк В.А., к.т.н., доцент
Белорусский национальный технический университет, г. Минск