Актуальность использования новейших средств и методов при испытаниях систем активной безопасности

Ключевые слова: системы активной безопасности, САБ, ABS, виртуально-физическое моделирование.

Повышение эксплуатационных свойств автотранспортных средств с автоматизированными тормозными системами всегда актуально. Системы активной безопасности (САБ) разрабатывались, для того, чтобы помочь водителю в сложных дорожных ситуациях. Согласно статистике, по причине неисправности транспортных средства происходит около 1,5 % ДТП. Столь не большой процент можно объяснить наличием процедуры обязательного технического осмотра. В тоже время, около 86 % аварий происходит по причине не соблюдения водителями ПДД. Неудовлетворительные условия содержания и обустройства улично-дорожной сети приводят к ДТП в 39 %. [13] Активная безопасность автомобиля направлена в первую очередь на предупреждение аварии, в отличие от пассивной, которая создана для уменьшения тяжести повреждений. Для того, чтобы уберечь транспортное средство от столкновения на трассе, САБ воздействуют на его различные системы: двигатель, подвеску, рулевое управление, тормоза. Системы активной безопасности хорошо зарекомендовали себя и необходимость их применения очевидна.

ABS, ESP, EBD и др. прошли большой путь от идеи до передовых высокоэффективных помощников, способных в экстренной ситуации спасти жизнь водителю и пассажирам. Эти системы постоянно улучшаются и модернизируются. При помощи систем активной безопасности на гражданских автомобилях уже осуществляются функции частичного управления автомобилем без участия водителя: экстренное торможение, удержание дистанции. В активной разработке находятся автомобили, оснащённые автопилотом 3 и 4 уровней, которые подразумевают почти полный контроль со стороны автоматики над движением автомобиля.

Для адекватной оценки стабильности и эффективности работы систем активной безопасности они подвергаются разного рода испытаниям. Дорожные испытания автомобилей, которые проводят на специально построенных автодорожных полигонах — это один из основных способов оценки решений, принятых при конструировании систем автомобиля. Проведение испытаний тормозных систем требует специфических особенностей при строительстве полигонов, так как необходимо наличие участков дорожного полотна с различными коэффициентами сцепления. Это необходимо для получения точных и объективных данных, однако требует существенного вложения средств. Крупнейшим автомобилестроителям приходится идти на эти траты. [1,4,5]

Другим способом проведения испытаний систем активной безопасности является физическое моделирование, и в частности испытания реального автомобиля на стационарных стендах в лабораторных условиях. В испытаниях такого рода предпринимается попытка воссоздания условий движения в пятне контакта колес автомобиля с дорогой, а сам автомобиль воспроизводится целиком с испытываемыми системами активной безопасности в масштабе 1:1. Следует отметить, что особое внимание при этом уделяется адекватному воспроизведению условий пятна контакта шины, что в первую очередь определяется соотношением диаметров барабана и колеса автомобиля, а также покрытием поверхности беговых барабанов. [6,7,14]

Одним из основных преимуществ стендовых испытаний перед испытаниями на полигонах является высокая воспроизводимость эксперимента и возможность использовать «метод сравнения состояний» для оценки правильности принимаемых решений, что очень важно для автомобиля с автоматизированными системами безопасности. В свою очередь, дорожные испытания менее безопасны, более дорогостоящи и сопровождаются большими временными затратами. Таким образом, целесообразно значительную часть исследовательских и доводочных работ проводить в условиях стендовых испытаний. Разработкой стендов для испытаний ABS занимались как за рубежом, так и в нашей стране. [1,5] В то же время стендовые испытания также весьма материально затратный вид испытаний. Для получения точных результатов применяют специальные ленточные стенды. Стоимость одного такого стенда, способного работать на реальных эксплуатационных скоростях может быть сравнима с постройкой тормозного участка на полигоне с покрытиями с различным коэффициентом трения (шлифованная базальтовая плитка и др.) и составлять несколько миллионов долларов.

Идея испытывать автомобиль на специально обустроенных полигонах родилась у создателей первых автомобилей практически одновременно с идеей создания самого автомобиля. Первые же специальные стенды для испытаний машин появились в середине 20го века. Это общеприменимые, проверенные, хорошо зарекомендовавшие себя методы, однако их объединяют общие недостатки: стоимость и безопасность проведения испытаний. Одной из последних разработок является виртуально-физическая технология испытания автомобильных тормозных автоматизированных систем [3]. В основе физического моделирование лежит модель-макет, необходимым условием создания которого является сохранение физической природы изучаемого объекта. На основе теории подобия такая модель должна отвечать условиям кинематического подобия двух, находящихся в движении геометрических систем, при котором обеспечивается подобие путей, скоростей, ускорений элементов тел. Помимо этого, все действующие на систему силы должны быть равны по масштабу и подобны тем, что действуют на реальный автомобиль, его тормозную систему и т. д. Но не всегда модель-макет может полностью заменить реальную систему. Степень доверия к результатам физико-математического моделирования следует связать со степенью адекватности модели физическим телам и процессам, которые она описывает. В степени адекватности можно окончательно убедиться, только в том случае, если модель проверена и откалибрована по реальной информации, получаемой в процессе лабораторных (стендовых), а затем и натуральных (на полигонах) испытаний разрабатываемой системы. Иногда для детального изучения того или иного узла его моделируют отдельно, а подобное взаимодействие с остальной системой воссоздают при помощи компьютерных технологий. Использование законов физического моделирования позволяет получить большой экономический эффект благодаря снижению затрат времени при проектировании и себестоимости экспериментов, по сравнению с натуральными испытаниями. Стоимость создания стендов для испытания отдельных механизмов и агрегатов значительно ниже стоимости полноразмерных автомобильных стендов. [10].

Помимо экономического аспекта, для испытаний, проводимых методом виртуально — физического моделирования, характерна высокая воспроизводимость результата, что очень важно для исследования систем активной безопасности. В сложных современных САБ возникает нестабильность характеристик элементов, вызванная различными эксплуатационными факторами, например, такими как биение поверхности тормозного диска, изменение массы тормозной колодки, снижение радиальной жесткости стенок шлангов, микротрещины шлангов, изгибы трубопровода, изменение длины или диаметра трубопровода, как и засор может оказывать существенное влияние на адекватность работы, что в конечном итоге влияет на эффективность торможения автомобиля и безопасность движения.

Литература:

1. Дыгало, В. Г. Технологии испытания систем активной безопасности автотранспортных средств: монография / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин. — М.: Машиностроение, 2012. — 387 с.
2. Дыгало, В. Г. Оценка адекватности при моделировании тормозной динамики автомобиля с АБС / В. Г. Дыгало, В. В. Котов, А. А. Ревин // Автомобильная промышленность. — 2012. — № 12. — C. 16–18.
3. Дыгало, В. Г. Виртуально-физическая технология моделирования в цикле проектирования автоматизированных тормозных систем / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы»: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2007. — Вып.2, № 8. — C. 13–15.
4. Дыгало, В. Г. Визуализация процесса торможения на имитационном стенде–тренажёре для проведения виртуальных испытаний движения колёсной машины в критических режимах / В. Г. Дыгало // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы». Вып. 4: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2011. — № 12. — C. 20–22.
5. Комплекс для диагностики систем активной безопасности автомобиля / Г. О. Мельников, Е. С. Ларин, В. Г. Дыгало, А. А. Ревин // Известия ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы». Вып. 6: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — № 10 (113). — C. 102–105.
6. Дыгало, В. Г. Общие принципы формирования полунатурных моделей при проектировании тормозной системы автомобиля с АБС / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы». Вып. 7: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — № 21 (124). — C. 10–16.
7. Дыгало, В. Г. Оценка адекватности при моделировании тормозной динамики автомобиля с пневматической АБС / В. Г. Дыгало, В. В. Котов, А. А. Ревин // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы». Вып. 6: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — № 10 (113). — C. 13–16.
8. Верификация результатов моделирования тормозной динамики автомобиля с пневматической АБС / В. Г. Дыгало, В. В. Котов, Л. В. Дыгало, А. А. Ревин // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы». Вып. 9. — Волгоград, 2014. — № 19 (146). — C. 16–20.
9. Применение виртуально-физической технологии моделирования при исследовании влияния на рабочий процесс неисправностей пневматической тормозной системы с АБС / В. Г. Дыгало, В. В. Котов, Л. В. Дыгало, А. А. Ревин // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Наземные транспортные системы». Вып. 9. — Волгоград, 2014. — № 19 (146). — C. 20–24.
10. Дыгало, В. Г. Принципы синтеза виртуально-физических моделей, предназначенных для разработки тормозной системы автомобиля с АБС / В. Г. Дыгало, А. А. Ревин // Автомобильная промышленность. — 2014. — № 8. — C. 17
11. Ревин, А. А. Формирование основных эксплуатационных свойств автотранспортных средств в режиме торможения / А. А. Ревин, В. Г. Дыгало // Автомобильная промышленность. — 2014. — № 11. — C. 3–5.
12. Активная безопасность транспортных средств [Электронный ресурс]. — [2012]. — Режим доступа: http: \\ www.bibliofond.ru.
13. Статистика ДТП [Электронный ресурс]. — [2015]. — Режим доступа: http: \\ www. zr.ru.
14. Ковеня В. М. Некоторые проблемы и тенденции развития математического моделирования / В. М. Ковеня // Прикладная механика и техническая физика. 2002. — № 3. — С. 3, 4.