Результат интеллектуальной деятельности: Способ дорожных испытаний на надежность транспортных средств с автоматической гидромеханической трансмиссией

Способ относится к испытаниям транспортных средств на надежность (безотказность) на стандартных испытательных дорогах в объеме нормативного пробега и касается ускорения и форсировки двигателя и агрегатов трансмиссии с автоматической гидромеханической коробкой передач (АКП) путем воспроизведения (эксплуатационного моделирования) объема воздействия стандартных испытательных дорог на испытываемый образец в специальном режиме испытаний раздельно на дороге с твердым покрытием и грунтовой дороге удовлетворительного состояния.

Известен способ ускоренных испытаний автомобилей с форсированным уровнем нагружения деталей по амплитуде механических напряжений и частоте их формирования путем использования искусственных дорожных сооружений разного профиля: крупнобулыжный и профиллированный булыжник, клиновые холмы, сменные неровности, участки с прямыми и косыми волнами синусоидального профиля и др., вызывающие при вертикальном воздействии появление дефектов деталей усталостного характера в основном по ходовой части (раме, рессорам), кабине, балкам мостов, кронштейнам крепления [1].

Однако вследствие ограниченной скорости в пробеге по этим сооружениям двигатель и агрегаты трансмиссии работают с малыми нагрузками и их повреждающее, в том числе трибологическое воздействие, не только не форсируется, но, наоборот, ослабляется в сравнении с эксплуатацией или нормальными испытаниями [2, стр. 363-364].

Известен также способ дорожных испытаний на надежность трансмиссии полноприводного транспортного средства [3] для ускорения и форсировки испытаний трансмиссии, при котором трансмиссию нагружают крутящим моментом, создаваемым двигателем и увеличенным циркулирующей мощностью в замкнутом силовом контуре до предельного уровня, определенного коэффициентом сцепления с опорной поверхностью. При этом испытания трансмиссии проводят при заблокированном межосевом дифференциале и кинематическом рассогласовании, вызываемом изменением радиуса качения колес в одном из ведущих мостов. Способ также не может быть использован при нормальных испытаниях, так как двигатель и коробка передач трансмиссии находятся вне замкнутого контура и ускоренным испытаниям не подвергаются.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дорожных испытаний на надежность транспортных средств (ТС) [4], заключающийся в перемещении ТС по опорной поверхности в неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности стандартных дорог. При этом двигатель и агрегаты трансмиссии нагружают положительным крутящим моментом от двигателя в режиме полуцикла разгона на каждой передаче и отрицательным - в тормозном режиме двигателя при отключении подачи топлива до момента снижения частоты вращения вала двигателя до величины, соответствующей максимальному крутящему моменту. Далее производят переключение на более высокую передачу с использованием сцепления и последующим разгоном двигателя в режиме предшествующей передачи до высшей передачи. Затем в режиме 2-го полуцикла переключают на низшие передачи на той же частоте в режиме торможения и остановки автомобиля с помощью штатных тормозов со скоростью 10 км/ч, вызывая тем самым надежную проверку циклической прочности и трибологической стойкости, при этом ускорение, сокращение пробега и стоимости испытаний достигается частотой смены переменных режимов. И это справедливо для ступенчатых механических трансмиссий ТС.

Задачей изобретения является ускорение и форсировка испытаний на надежность двигателя и агрегатов трансмиссии с автоматической гидромеханической коробкой передач (АКП) транспортного средства на асфальтобетонной дороге (А-дороге) и грунтовой дороге удовлетворительного состояния (Г-дороге) в специальном режиме на тех же видах испытательных дорог в объеме, эквивалентном пробегу соответственно 20 и 30% от общего нормативного пробега при нормальных испытаниях [5, п. 59] в условиях принципиального отличия работы АКП от механической коробки передач, которое состоит в автоматическом переключении передач без прерывания потока мощности при использовании агрегатов: гидротрансформатора, планетарной коробки передач и системы управления, при этом гидротрансформатор обеспечивает плавную передачу крутящего момента от двигателя к трансмиссии, величина которого определяется сопротивлением движению, и жесткую связь (при блокировке) при установившихся режимах движения насосного и турбинного колес и при отключении подачи топлива. Автоматическое переключение передач выполняется преимущественно на частоте вращения вала двигателя, равной 0,7-0,9 от n_max. В зависимости от дорожных условий селектором (рычагом выбора диапазона работы коробки передач) задают количество используемых передач. Кроме того, трансмиссия с АКП ТС снабжена замедлителем движения разного типа, который используют для торможения ТС на крутых спусках, в том числе в горах.

Поставленная задача достигается тем, что в специальном режиме испытаний, согласно которому при дорожных испытаниях транспортное средство перемещают по каждой j-й опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме, определенном профилем А-дороги и несущей способностью Г-дороги, с выбором диапазона работы, АКП, в том числе:

на А-дороге движение начинают на повышенной передаче в раздаточной коробке (РК) в 1-м цикле с передачи в АКП, используемой при троганье с места, а разгон выполняют при полной подаче топлива, включая моменты автоматического переключения на следующую, более высокую передачу на соответствующих частотах вращения вала двигателя (чввд), без участия человека-оператора до момента достижения первой дискретно заданной скорости, при которой, при отключении подачи топлива, двигатель переводят в режим торможения с одновременным снижением чввд и скорости движения ТС, темпы которых определяются насосными потерями в двигателе и величиной коэффициента категории дороги (сопротивления движению) в границах 0,028-0,055 по [6, табл. 1]; испытание в тормозном режиме продолжают до момента снижения чввд до минимальной (n_min) и остановки ТС без включения рабочей тормозной системы;

во 2-м цикле движение ТС начинают по режиму 1-го цикла и при полной подаче топлива с автоматическим переключением передач до достижения второй дискретно заданной скорости, при которой двигатель переводят в режим торможения с одновременным отключением подачи топлива; испытание в тормозном режиме продолжают до момента снижения скорости ТС, соответствующей 1-й дискретно заданной;

в 3-м цикле движение начинают со скорости, соответствующей второй дискретно заданной скорости для разгона также при полной подаче топлива с автоматическим переключением передач до достижения третьей дискретно заданной скорости; испытание в тормозном режиме продолжают до момента снижения скорости, соответствующей 2-й дискретно заданной скорости;

в последующем испытания проводят указанными ступенями до момента достижения наибольшей скорости выбранного диапазона работы АКП, при которой испытания переводят в тормозной режим с использованием дополнительно замедлителя движения до момента снижения скорости ТС до 10 км/ч с последующей его остановкой с использованием тормозной системы и его разворотом для повторения указанных циклов;

на Г-дороге движение начинают на пониженной передаче в РК в выбранном диапазоне работы АКП в 1 цикле с передачи в АКП, используемой при троганье с места в режиме разгона и торможения в циклах, подобных на А-дороге, темпы которого также определяются насосными потеряны в двигателе и величиной коэффициента Ψ_Г (на грунтовой дороге равного 0,05-0,09 [6, таблица 1]), последнее торможение начинают с наибольшей скорости выбранного диапазона работы АКП с использованием замедлителя движения и завершают на скорости 5 км/ч с последующим использованием тормозной системы до остановки ТС, разворотом и повторением циклов.

Реализацию указанных циклов в объеме нормативного пробега [4] в системе автомобиль - опорная поверхность А-дороги и Г-дороги обеспечивают знакопеременные нагрузки всех взаимодействующих деталей двигателя и трансмиссии с частотой смены циклов, определенной скоростной характеристикой двигателя и значениями коэффициентов сопротивления движению Ψ_А и Ψ_Г и различной природой их проявления в виде результатов усталостной прочности и трибологического воздействия.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с известным показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что ускорение и форсировка испытаний двигателя и трансмиссии с АКП транспортного средства на стандартных испытательных дорогах на надежность достигается в специальном режиме, включающем серию последовательных взаимосвязанных циклов, в каждом из которых разгон ТС выполняют до дискретно заданных скоростей движения ТС при полной подаче топлива в режиме автоматического переключения передач в АКП на соответствующих частотах вращения вала двигателя без участия человека-оператора в выбранном диапазоне работы АКП, а торможение в каждом цикле выполняют при отключении подачи топлива до величины предшествующей заданной скорости, темпы которого определяются насосными потерями в двигателе и сопротивлением движению на А-дороге и Г-дороге, определяемым значениями коэффициентов Ψ_А и Ψ_Г, последнее торможение с максимально заданной скорости движения на каждом виде дорог выполняют для увеличения темпа торможения дополнительно при использовании замедлителя движения, например ретардера АКП, до скорости соответственно на каждой дороге до 10 км/ч с последующим включением рабочих тормозов и полной остановки ТС с его разворотом и началом новой серии циклов на испытательном участке. На основании этого заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».

Совокупность последовательных операций в специальном режиме испытаний ТС, включающем в 1-м цикле интенсивный разгон на А-дороге при полной подаче топлива с автоматическим переключением передач без разрыва потока мощности до 1-й дискретно заданной скорости движения, по достижении которой отключают подачу топлива с одновременным торможением, определяемым насосными потерями в двигателе и сопротивлением движению на А-дороге до скорости 5 км/ч; во втором цикле - разгон со скорости 5 км/ч в режиме и условиях 1-го цикла до 2-й заданной скорости с последующим торможением и ее уменьшением до величины, предшествующей заданной скорости; в третьем и последующих циклах режим испытаний сохраняется до достижения наибольшей заданной скорости движения в выбранном диапазоне работы АКП с последующим более интенсивным торможением при использовании замедлителя движения до величины скорости, равной 10 км/ч, и завершением торможения с использованием рабочей тормозной системы ТС, и повторением указанных циклов, с отличием на Г-дороге, обусловленным переводом раздаточной коробки на низшую передачу и меньшим по скорости диапазоном работы АКП, чем достигается форсировка и ускорение нормальных испытаний на надежность ТС, позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию «изобретательский уровень».

При реализации предложенного способа ускорения и форсировки испытаний транспортное средство при полной его массе перемещают в ведущем специальном режиме на А-дороге с Ψ_A=0,028-0,055 и Г-дороге с Ψ_Г=0,05-0,09.

Использование специального режима для ускорения и форсировки испытаний двигателя и агрегатов трансмиссии с АКП колесных транспортных средств на надежность на асфальтобетонной дороге и грунтовой дороге удовлетворительного состояния на примере автомобиля полной массой 16 т с автоматической гидромеханической коробкой передач, снабженной ретардером, предназначенным для создания дополнительного тормозного усилия без использования рабочей тормозной системы при движении автомобиля на затяжном спуске, заключается в следующем.

По исходным данным таблицы (фиг. 1), выражающим зависимость скорости движения ТС на А-дороге от номера включенной передачи и частоты вращения вала двигателя, при условии блокировки гидротрансформатора АКП на повышенной передаче в раздаточной коробке (РК) в выбранном режиме работы АКП до 4-й передачи включительно, строят график разгонных характеристик автомобиля и двигателя на передачах (Р₁, Р₂, Р₃ и Р₄, фиг. 2) начиная движение с 1-й передачи с места до момента переключения с 4-й передачи на 5-ю (Р₅) в режиме автоматического переключения передач независимо от человека-оператора, при этом точки 1, 2, 3 и 4 (фиг. 2) соответствуют моментам автоматического переключения передач на соответствующих частотах вращения вала двигателя и скорости движения с кратковременным снижением чввд (на графике показано пунктирными линиями) в момент переключения передач.

Однако фактические скорости движения ТС на этапе разгона, в зависимости от величины скольжения турбинного и насосных колес гидротрансформатора, определяемого темпом разгона автомобиля и коэффициентом сопротивления движению Ψ_j, несколько ниже, а сами характеристики имеют нелинейный характер, чем при их блокировке. Однако к моменту автоматического переключения передач частоты вращения турбинного и насосного колес выравниваются и расчетные скорости движения, указанные на графике (фиг. 2), близки к реальным.

На график указанных разгонных характеристик накладывают заданный режим ускорения и форсировки испытаний двигателя и агрегатов трансмиссии, включающий последовательный разгон автомобиля до заданных скоростей движения: 20,40, 60 и 80 км/ч (точки Б, В, Г и Д) в рабочем диапазоне 1-4 передач АКП с последующим торможением двигателем до значений предшествующих скоростей, при этом разгон автомобиля с места выполняют до скорости 20 км/ч (т. Б) по характеристике P₁ с переключением на 2-ю передачу в т. 1 и продолжением разгона по характеристике Р₂; в т. Б испытания переводят в режим торможения по прямой T₁ до скорости 5 км/ч (т. 5) и последующим разгоном во 2-м цикле по характеристикам Р₁, Р₂ и частично по характеристике Р₃ (с автоматическим переключением передач с 1-й на 2-ю передачу в т.1 и со 2-й на 3-ю передачу в т. 2 до скорости 40 км/ч (в т. В), при которой разгон переводят в режим торможения по прямой Т2 до скорости 20 км/ч (в т. 6), и последующим разгоном в 3-м цикле по характеристикам Р₂, Р₃ и частично Р₄ (с автоматическим переключением передач в т. 2 и 3) до скорости 60 км/ч (т. Г), при которой разгон переводят в режим торможения по прямой Т₃ до скорости 40 км/ч (т. 7); далее продолжают разгон в 4-м цикле по характеристикам Р₃ и Р₄ с автоматическим переключением передач в т. 3 до скорости 80 км/ч (т. Д), при которой разгон переводят в режим торможения по прямой Т₄ до скорости 60 км/ч (т. 8) и завершают разгон в 5-м цикле по характеристике Р₄ до скорости 80 км/ч, при которой разгон переводят в режим торможения по прямой Т₅ с использованием ретардера, для увеличения интенсивности торможения, до скорости 10 км (т. 9) с последующим торможением в 6-м цикле с использованием рабочих тормозов по прямой Т₆ до полной остановки в т. 10 и последующим разворотом автомобиля и повторения указанных циклов.

Для водителя автомобиля в карточке-задании специальный режим разгона (Р) и торможения (Т) представляют в виде следующих алгоритмов управления автомобилем:

(с использованием двигателя Д);

(с использованием двигателя и ретардера);

(с использованием рабочих тормозов).

Использование специального режима для ускорения и форсировки испытаний двигателя и агрегатов трансмиссии с АКП на надежность на грунтовой дороге удовлетворительного состояния на примере указанного автомобиля аналогичны испытаниям на асфальтобетонной дороге. По исходным данным таблицы (фиг. 3) выполняют построения аналогичные, указанным на фиг. 2 с отличием, заключающимся в том, что торможение с наибольшей скорости (40 км/ч) выполняют без использования ретардера, а окончательное торможение выполняют также со скорости 10 км/ч с использованием рабочих тормозов.

Карточку - задание для водителя представляют в виде алгоритмов:

(с использованием рабочих тормозов).

Способ ускорения и форсировки испытаний колесных транспортных средств, в частности двигателя и трансмиссии, на надежность обеспечивает по сравнению с известным способом [4] следующее принципиальное преимущество:

при автоматическом переключении передач, независимо от человека-оператора, в процессе движения транспортного средства по опорной поверхности, учитывающем интенсивность разгона и значение коэффициента сопротивления движению на j-й дороге, процесс интенсивного нагружения двигателя и агрегатов трансмиссии при положительном знаке нагружения выполняют при разгоне при полной подаче топлива до дискретно заданных скоростей движения, контролируемых водителем ТС визуально по спидометру, по достижении которых при отключении подачи топлива испытания переводят в режим торможения при отрицательном знаке нагружения указанных агрегатов за счет насосных потерь в двигателе и сопротивления движению на j-й дороге.

Способ, также как и прототип [4], не требует строительства на полигоне испытаний ТС спецучастков, обеспечивающих знакопеременную нагрузку на двигатель и агрегаты трансмиссии, а также может быть использован вне испытательного полигона на дорогах общего пользования.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Яценко Н.Н. Колебания, прочность и форсированные испытания грузовых автомобилей [Текст] / Н.Н. Яценко. - М.: Машиностроение, 1972, 372 с.

2. Безверхий С.Ф. Основы технологии полигонных испытаний и сертификация автомобилей [Текст] / С.Ф. Безверхий, Н.Н. Яценко. - М.: ИПК издательство стандартов, 1996, 600 с.

3. RU Патент №2111470 C1, G01М 17/00 от 20.05.1998 г.

4. RU Патент №2582319 С2, G01М 17/00 от 31.03.2016 г.

5. ГОСТ 16504-81 СГИП. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. - Введ. 1981-12-08. - М.: Издательство стандартов, 1982.

6. ОСТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения. - Введ. 1997-07-01. - М.: НАМИ.