МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОРМОЗА-ЗАМЕДЛИТЕЛЯ ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ

Введение. В данной статье представлена математическая модель гидравлического тормоза-замедлителя грузового автомобиля. Модель тормоза-замедлителя разработана на основе математической модели стендового гидротормоза, которая описывает гидродинамические процессы в проточной области гидротормоза, в том числе и процессы её заполнения и опустошения.

Материалы и методы. Модель тормоза-замедлителя была разработана с учётом возможности её последующей интеграции с моделью системы охлаждения двигателя. Для этого в модель было добавлено уравнение состояния, характеризующее изменение температуры жидкости в проточной области при преобразовании механической энергии ротора в тепловую и переносе тепла с потоком жидкости по контуру системы охлаждения.Из-за отсутствия ограничения на заполнение проточной области в модели гидротормоза в математическую модель тормоза-замедлителя добавлен эффект сжатия жидкости при полном заполнении, который препятствует дальнейшему наполнению проточной области.

Результаты. Компьютерная модель тормоза-замедлителя реализована на языке программирования С для применения в среде имитационного моделирования LMSAmesim. Для проверки работоспособности модели тормоза-замедлителя она была интегрирована с компьютерными моделями двигателя, системы охлаждения двигателя и динамики движения автомобиля. Синтезирован алгоритм управления тормозом-замедлителем на базе ПИ-регуляторов.

Обсуждение. Компьютерная модель тормоза-замедлителя корректно функционирует: при длительном торможении наблюдается повышение температуры жидкости в контуре системы охлаждения. Переполнения проточной области тормоза-замедлителя не происходит благодаря добавленному эффекту увеличения давления жидкости от сжатия. Заключение. Разработанная модель может быть использована для исследования влияние конструкции тормоза-замедлителя на функционирование автомобиля и для разработки алгоритмов управления тормозом-замедлителем.

1. Braking performance and noise in excessive worn brake discs coated with HVOF thermal spray process / A. Öz [и др.] // Journal of Mechanical Science and Technology. 2017. Т. 31. № 2. С. 535-543.

2. Zheng H. Hydraulic retarders for heavy vehicles: Analysis of fluid mechanics and computational fluid dynamics on braking torque and temperature rise / H. Zheng, Y. Lei, P. Song // International Journal of Automotive Technology. 2017. Т. 18. Hydraulic retarders for heavy vehicles. № 3. С. 387-396.

3. Analysis of unsteady rotor-stator flow with variable viscosity based on experiments and CFD simulations / C. Liu [и др.] // Numerical Heat Transfer; Part A: Applications. 2015. Т. 68. № 12. С. 1351-1368.

4. Hur N. Flow and performance analyses of a partially-charged water retarder / N. Hur, M. Moshfeghi, W. Lee // Computers & Fluids. 2018. Т. 164. С. 18-26.

5. Liu C. Numerical investigation on effects of thermophysical properties on fluid flow in hydraulic retarder / C. Liu, W. Bu, T. Wang // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Т. 114. С. 1146-1158.

6. Wang K. Research on parametric design of hydraulic retarder based on multi-field coupling of heat, fluid and solid / K. Wang, J. Tang, G. Li // Open Mechanical Engineering Journal. 2015. Т. 9. № 1. С. 58-64.

7. Mu H. Study on influence of inlet and outlet flow rates on oil pressures and braking torque in a hydrodynamic retarder / H. Mu, Q. Yan, W. Wei // International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow. 2017. Т. 27. № 11. С. 25442564.

8. Study on reconstruction and prediction methods of pressure field on blade surfaces for oil-filling process in a hydrodynamic retarder / H. Mu [и др.] // International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow. 2016. Т. 26. № 6. С. 1843-1870.

9. Temperature field analysis on the hydrodynamic retarder of heavy vehicle / Z. Yuan [и др.] // Advanced Materials Research. 2012. Тт. 503504. С. 1025-1028.

10. The experimental study of unload on temperature characteristics of hydraulic retarder / C. Wu [и др.] // Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 620. С. 255-261.

11. Zheng H.-P. Water medium retarders for heavy-duty vehicles: Computational fluid dynamics and experimental analysis of filling ratio control method / H.-P. Zheng, Y.-L. Lei, P.-X. Song // Journal of Hydrodynamics. 2017. Т. 29. Water medium retarders for heavy-duty vehicles. № 6. С. 1067-1075.

12. Application of fuzzy logic in constant speed control of hydraulic retarder / Y. Lei [и др.] // Advances in Mechanical Engineering. 2017. Т. 9. № 2.

13. Zheng H. Design of a filling ratio observer for a hydraulic retarder: An analysis of vehicle thermal management and dynamic braking system / H. Zheng, Y. Lei, P. Song // Advances in Mechanical Engineering. 2016. Т. 8. Design of a filling ratio observer for a hydraulic retarder. № 10. С. 1-8.

14. Effects of blade lean angle on a hydraulic retarder / M. Chen [и др.] // Advances in Mechanical Engineering. 2016. Т. 8. № 5. С. 1-9.

15. Raine J.K. Computer Simulation of a Variable Fill Hydraulic Dynamometer. Part 1 : torque absorption theory and the influence of working compartment geometry on performance / J.K. Raine, P.G. Hodgson // Journal of Mechanical Engineering Science. 1991. Т. 205. № 3. С. 155-163.

16. Hodgson P.G. Computer Simulation of a Variable Fill Hydraulic Dynamometer. Part 2: Steady State and Dynamic Open-Loop Performance / P.G. Hodgson, J.K. Raine // Journal of Mechanical Engineering Science. 1992. Т. 206. № 1. С. 49-56.

17. Hodgson P.G. Computer Simulation of a Variable Fill Hydraulic Dynamometer. Part 3: Closed-Loop Performance / P.G. Hodgson, J.K. Raine // Journal of Mechanical Engineering Science. 1992. Т. 206. № 5. С. 327-336.

18. Fundamentals of Fluid Mechanics / B.R. Munson [и др.]. Hoboken, NJ: Wiley, 2012. 792 с.