Способ автоматического контроля уровня нагружения испытываемого транспортного средства для оценки его надежности и устройство для его осуществления

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств на надежность (безотказность и долговечность) и касается автоматического контроля уровня нагружения транспортных средств с учетом логистики измерения дорожных условий испытаний.

Известно, что полученные по результатам испытаний (эксплуатации) показатели надежности транспортных средств зависят не только от их качества, но и не в меньшей мере от условий, в которых их испытывают или эксплуатируют.

В настоящее время условия испытаний транспортных средств регламентируют видами дорог и распределением по ним общего пробега [1], характеристики которых постоянно изменяются в зависимости от времени года, метрологических условий и интенсивности движения, и оценивают их через коэффициент суммарного сопротивления давлению ψ_j каждой j-й дороги [2], [3] и [4], определяемого расходом топлива, затрачиваемого на преодоление суммарных сил сопротивления движению транспортного средства, и реализуемой скоростью движения, а мера их воздействия на транспортное средство - через накопленную величину уровня нагружения по расчетной зависимости (патент RU №2090855, кл. С1 6 G01M 17/00, 1997 [5], принятый за прототип):

где W_j - уровень нагружения на j-й дороге;

S_j - пробег на j-й дороге, км;

ψ_j - коэффициент суммарного сопротивления движению, определяемый по выражению:

где - средний расход топлива, л/100 км;

- средняя скорость движения на j-й дороге, км/ч;

n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства повышенной точности.

Недостаток такой регламентации при практической реализации способа состоит в ручной обработке исходных данных, получаемых по результатам испытаний ТС на j-x видах дорог в виде учета времени непрерывного движения, пройденного пути и расхода топлива, расчете на их основе скорости движения, коэффициента суммарного сопротивления движению ψ_j, уровня нагружения W_j и учете текущей накопленной его величины, сопоставлении с нормативным значением W_jH, представленным в виде прямой в функции нормативного пробега S_H, по видам j-x дорог [2] и оценке степени выполнения программы испытаний, что сопровождается повышенными затратами времени выполнения указанных операций, появлением неизбежной погрешности выполнения расчета и возможным участием человеческого фактора, приводящим к понижению качества оценки свойств надежности.

Реализующее способ устройство (патент RU №2063887 C1 В60К 41/28, 1996, принятый за прототип) [6] содержит включатель бортовой сети, датчики контроля режима работы двигателя и его систем, тормозов и трансмиссии, используемые для автоматизации управления транспортным средством.

Известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности и не учитывает уровень воздействия внешней среды: профиль опорной поверхности и ее состояние, температуру наружного воздуха, прицепную нагрузку и др.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Расширение функциональных возможностей способа за счет автоматического контроля параметров режима нагружения ТС с их регистрацией и периодическим по времени выведением на монитор блока принятия решения для визуального контроля водителем текущей остаточной информации уровня нагружения ТС и пробега на каждом виде j-x испытательных дорог, выполняемого для оценки надежности в условиях постоянно изменяющихся характеристик дорог, в которых транспортное средство перемещают по j-й опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенным профилем и несущей способностью опорной поверхности, регистрируют средний расход топлива в л/100 км с помощью датчиков расхода топлива Д_Т и скорости движения Д_С с последующей их передачей в процессорный модуль, с которого, при внесении в него значений коэффициента n повышенной точности формируется текущее среднее значение коэффициента ψ_j в заданном повторяющемся интервале времени, а с учетом выполненного пробега по датчику пути Д_S - регистрируется величина уровня нагружения W_j с последующим сравнением с заданной нормативной величиной W_jH и на этой основе устанавливается его остаточная величина ΔW_j на каждой j-й дороге при переходе с одного вида дорог на другой, при этом устройство для автоматического контроля уровня нагружения включается в работу одновременно с пуском двигателя через кнопку канала связи А блока принятия решения с последующей передачей информации в процессорный модуль, блок формирования уровня нагружения, блок накопления уровня нагружения, блок сравнения значений параметра W_j с его нормативом и выводом на монитор блока принятия решения остаточных значений параметра W_j;

при переходе испытаний на булыжную дорогу оператор включает кнопку канала связи Б, а устройство обеспечивает передачу информации по указанным алгоритмам канала связи А;

при переходе на грунтовую испытательную дорогу и включения оператором кнопки канала связи Г устройство обеспечивает передачу информации, помимо указанных по каналам связи А и Б, дополнительно из процессорного модуля в блок распознавания трех видов грунтовых дорог, обозначенных границами значений показателя ψ_j и далее в блок формирования уровня нагружения W.

Совокупность признаков автоматического контроля, формирования и передачи непосредственно контролируемых и оцениваемых параметров для визуального и аппаратного определения изменяющегося остаточного уровня нагружения ТС в зависимости от пробега на каждом виде (пяти) испытательных дорог и устройство с определенными операционными блоками, реализующее эти условия, позволяет считать заявленные объекты соответствующими критерию «новизна».

Совокупность последовательных операций, включающих инструментальную регистрацию с помощью датчиков скорости движения и расхода топлива в процессорном модуле, с предварительно введенным в него значением коэффициента n повышенной точности, раздельное формирование по формуле (2) среднего значение показателя ψ_j, за каждые 10 с движения ТС и передачу его через кнопочные переключатели каналов связи А, Б и Г блока принятия решения в блок формирования по формуле (1) накопленной величины уровня нагружения W_j при предварительном поступлении с датчика пути значения выполненного пробега S_j, при этом включение по каналу связи А устанавливается с одновременным включением бортовой сети, по каналу связи Б - переключением кнопки при переходе на булыжную дорогу, а по каналу связи Г - через блок распознавания каждого в отдельности вида грунтовых дорог и далее, в зависимости от включенного переключателя блока принятия решения, трансформацию в блок сравнения значений параметра W_j и последующее выведение на монитор блока принятия решения его остаточных значений, что позволяет считать заявленное решение соответствующими критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена общая функциональная схема устройства автоматического контроля уровня нагружения.

Устройство, реализующее способ автоматического контроля уровня нагружения, состоит из датчиков расхода топлива Д_Т 1, скорости движения Д_С 2 и пройденного пути Д_S 3, блока задания коэффициента n 4, характерного для каждого типа ТС, процессорного модуля П_М формирования коэффициента суммарного сопротивления движению ψ_j 5, к которому подключены датчик Д_С и через преобразователь 6 датчик Д_Т, блока формирования среднего значения сигнала 7 с интервалом Δt=10с, включателя бортовой сети 8, 3-х позиционного переключателя блока принятия решения 9 с кнопочными переключателями каналов связи А 10, Б 11 и Г 12, блока распознавания вида грунтовых дорог 13 с их выходами значения ψ_j по грунтовой дороге Гу удовлетворительного состояния 14 в диапазоне 0,05-0,09, по разбитой грунтовой дороге Гр 15 в диапазоне 0,091-0,18 и размокшей грунтовой дороге Гм 16 в диапазоне 0,181-0,3 с сигнализатором датчика превышения допустимой величины ψ_M>0,3 17, блока формирования уровня нагружения W_j 18 по видам дорог с подблоками: А - 19, Б - 20, Гм - 21, Гр - 22, Гу - 23 с использованием информации, поступающей с датчика Д_S 3 и процессорного модуля 5, блока накопления уровня нагружения W_j 24 по видам дорог: А - 25, Б - 26, Гм - 27, Гр - 28, Гу - 29, блока сравнения 30 текущих значений показателя W_j с нормативными значениями W_jH, блока вывода остаточных значений W_j 31 на секторы монитора 32 блока принятия решения 9 по видам дорог: А - 33, Б - 34, Гм - 35, Гр - 36, Гу - 37 и съемный блок суммарного уровня нагружения W_j 38 по всем видам j-x дорог с выводом на канал 39.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

При включении водителем бортовой сети включателем 8 и пуска двигателя датчики 1, 2 и 3 и процессорный модуль 5 переводятся в работоспособное состояние. Перед началом движения каждого образца одноразово через блок задания коэффициента n повышенной точности 4 в процессорный модуль 5 в соответствии с зависимостью (2) вводится числовое значение коэффициента n.

С началом движения по А-дороге без участия водителя в процессорном модуле 5 формируется текущее значение показателя ψ_j, среднее значение которого за время Δt формируется в блоке 7 и передается по каналу связи А 10 в блок принятия решения 9, при закрытых каналах связи 11 и 12, и далее в подблок А 19 блока формирования уровня нагружения 18, где при поступлении информации с датчика Д_S 3 по зависимости (1) формируется значение показателя W_A, которое передается в подблок А 25 блока накопления уровня нагружения 24 и далее в блок сравнения 30 значения показателя W_A с нормативным значением W_AH и выводом через блок 31 на сектор 33 монитора 32 значений W_A.

При переходе на дорогу с булыжным покрытием (Б-дорогу) оператором включается канал связи Б блока принятия решения 9, при котором канал связи А 10 закрывается, а процессорный модуль продолжает работу и передает информацию, аналогично каналу связи А 10, в блок формирования уровня нагружения 18 в подблок Б 20 и далее в подблок Б 26 блока 24.

При переходе на грунтовую дорогу (Г-дорогу) оператором включается канал связи Г блока принятия решения 9, при котором канал связи Б 11 закрывается при закрытом канале связи А, а процессорный модуль продолжает работать в установленном режиме и передает информацию по каналу связи Г 12 в блок распознавания и распределения грунтовых дорог 13, в котором в зависимости от среднего значения ψ_Гj, сформированном за время Δt=10c, выполняется распределение в подблоки 14, 15 и 16 со значением показателя ψ_j в диапазоне соответственно: ψ_ГУ - 0,05-0,09, ψ_ГР - 0,091-0,18, ψ_М - 0,181-0,30. Например, из процессорного модуля 5 значение ψ_j, равное 0,065, соответствующее дороге Г_У, поступает в блок 13, в котором это значение распознается по диапазону ψ_j и адресуется в блок 14 с последующей его передачей в подблок 23 блока формирования уровня нагружения 18 и далее в блок накопления уровня нагружения 24 по линии Г_У 29, блок сравнения 30 значений W_j с нормативными значениями, блок вывода остаточных значений W_j 31 и монитор 32 по линии связи 37.

Нормативные значения W_j по видам дорог в соответствии с [2] определены значениями: W_AH=276, W_БH=621, W_ГУм=684, W_ГРм=456 и W_Mн=828 н⋅км при суммарном их значении, равном 2865 н⋅км.

При движении транспортного средства на одной их указанных грунтовых дорог могут возникнуть небольшие участки других видов этих дорог. И если они встречаются на пути движения за время формирования среднего значения ψ_j, равного 10с и более, то их результаты в блоке 13 перераспределяются в соответствии с заданным диапазоном показателя ψ_j по видам грунтовых дорог, что придает получаемым результатам по W_j повышенную точность.

После завершения пробега ТС по грунтовым дорогам за смену оператор переводит блок принятия решения из положения канала связи Г в канал связи А. То же самое происходит автоматически после выключения блока питания и повторного его включения. Кроме того, блок 24 одновременно передает накапливаемую информацию по W_j каждой j-й дороги в съемный блок суммарного уровня нагружения ΣW_j 38 с выводом его значения на монитор 32, при этом съемный блок 38 имеет каналы 39 для компьютерного съема информации по W_j.

В процессе пробеговых испытаний ТС по размокшей грунтовой дороге М возможно появление участков с значением ψ_М, превышающим предельное значение, равное 0,3. В этом случае включается аварийный сигнализатор датчика 17, предписывающий необходимость оперативного перевода Тс на более легкий участок этой дороги.

Использование автоматического контроля уровня нагружения испытываемого транспортного средства для оценки его надежности при инструментальной регистрации первичными преобразователями расхода топлива и скорости движения и автоматического расчета коэффициента суммарного сопротивления движению ψ_j, при повышенной точности задания коэффициента пропорциональности n, пяти видов испытательных дорог и определения показателя уровня нагружения W_j, его контроля в ходе испытаний и оценка остаточной величины для принятия решения обеспечивают по сравнению с известным способом определения параметров ψ_j и W_j, базирующимся на их расчете вручную с использованием исходных данных пониженной точности, особенно при расчете средней скорости движения, и требующий повышенных трудозатрат при использовании бумажных носителей информации, не исключая человеческий фактор, повышенную точность и универсальность определения уровня нагружения при испытаниях независимо от места, времени, опыта и субъективной оценки исполнителей, а также оперативность получения данных по W_j, обеспечивая высокое качество оценки условий испытаний, а, следовательно, полученных результатов по параметрам надежности AT.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. ОТ 37.001.472-88. Приемочные испытания автотранспортных средств. Типовая программа испытаний. - Введ. 1989-01-01. - М.: НАМИ, 1989.

2. ОТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения. - Введ. 1997-07-01. - М.: «Дорожный транспорт», ТК 56, 1997.

3. Патент RU №2011955 С1 G01М 17/00 от 30.04.1994 г.

4. Патент RU №2561647 С1 G01М 17/007 от 27.08.2015 г.

5. Патент RU №2090855 C1 G01М 17/00 от 20.09.1997 г.

6. Патент RU №2063887 C1 В60К 41/28 от 20.07.1996 г.