ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
ГАЗОМОТОРНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 8
1.1. Анализ основных направлений повышения безопасности транспортных средств 8
1.2. Понятие безопасности транспортных средств, конструктивная и эксплуатационная
безопасность 11
1.3. Обзор нормативных документов, регламентирующих безопасность транспортных
средств, использующих в качестве моторного топлива природный газ 18
1.3.1. Технический регламент таможенного союза ТР/ТС 18
1.3.2. Правила ЕЭК ООН №110 20
1.3.3. Правила ЕЭК ООН №115 21
1.4. Основные направления повышения безопасности транспортных средств,
использующих в качестве моторного топлива природный газ 21
1.4.1. Требования к элементам газобаллонного оборудования 21
1.4.2. Газовое оборудование 22
1.5. Характеристики природного газа и его свойства 24
1.5.1. Физические и химические свойства метана 24
1.5.2. Требования, предъявляемые к КПГ и СПГ 27
1.5.3. Компримированный природный газ 27
1.5.4. Сжиженный природный газ 28
1.6. Выводы по первой главе 29
1.6.1. Выводы 29
ГЛАВА 2. СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ГАЗОМОТОРНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ,
КАК КОМПЛЕКС ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ И АЛГОРИТМОВ 31
2.1. Обзор систем обеспечения безопасности 31
2.1.1. Системы обеспечивающие активную безопасность автомобиля 31
2.1.2. Системы обеспечивающие пассивную безопасность автомобиля 34
2.2. Методы диагностики датчиков и исполнительных устройств газобаллонного
оборудования 36
2.2.1. Методы диагностики датчиков газобаллонного оборудования 36
2.3. Методы диагностики исполнительных устройств газобаллонного оборудования 47
2.3.1. Диагностика расходной характеристики электромагнитного дозатора газа в процессе
эксплуатации автомобиля 49
2.3.2. Диагностика расходных характеристик дозаторов газа в процессе работы двигателя. .51
2.3.3. Влияние перепада давления и напряжения питания на характеристики дозатора газа .53
2.3.4. Диагностика редуктора 54
2.3.5. Алгоритм управления при определении утечек газового топлива 54
2.4. Взаимодействие электронных систем автомобиля 55
2.4.1. Устройство и принципы работы шины CAN 56
2.5. Выводы по второй главе 59
2.5.1. Выводы 59
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ИСПЫТАНИЯ
КОМПОНЕНТОВ И ФУНКЦИЙ 61
3.1. Цель разработки системы обеспечения безопасности 61
3.1.1. Требования к системе управления двигателем 61
3.1.2. Требования к управлению газобаллонным оборудованием 67
3.1.3. Требования к системе обеспечения безопасности 68
3.1.4. Разработка алгоритмов определения утечек газа 70
3.2. Компоненты системы обеспечения безопасности 75
3.2.1. Сигнализатор наличия газа 76
3.2.2. Датчик температуры нейтрализатора 77
3.2.3. Испытания датчика наличия газа 78
3.3. Компоновка системы безопасности на автомобиле 81
3.3.1. Установка датчиков наличия газа 81
3.4. Методика проверки основных функций системы обеспечения безопасности 84
3.5. Выводы по третьей главе 91
3.5.1. Выводы 91
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СТОИМОСТИ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 92
4.3. Оценка стоимости реализации системы обеспечения безопасности, на примере автомобиля КАМАЗ 43118 92
4.2. Перспективы применения системы обеспечения безопасности в автомобильной
технике ПАО КАМАЗ 96
4.3. Выводы 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
ЛИТЕРАТУРА 100
В настоящее время природный газ набирает все большую популярность в качестве моторного топлива, ввиду постоянного удорожания бензина и дизеля, а также повышения экологических норм, выполнение которых оказывает влияние на мощностные характеристики двигателя. Также с целью выполнения экологических норм, появляются системы нейтрализации отработавших газов, ведущие к повышению цены на сам двигатель, и как следствие на весь автомобиль. Природный газ позволяет добиться улучшения экономических и экологических показателей [47], ввиду этого, парк газомоторной техники непрерывно растет [44, 45] и включает в себя различные виды транспортных средств, начиная от легковых, грузовых автомобилей и заканчивая спецтехникой. При эксплуатации газомоторной техники наблюдается возникновение, как нештатных аварийных ситуаций, так и повышение опасности эксплуатации, в том числе и при дорожно-транспортных происшествиях с непосредственным ее участием. Последствия происшествий могут в зависимости от ситуации наносить непоправимый вред, как человеку, так и окружающей среде. Предупредить такие ситуации, или избежать их, значит обезопасить себя и окружающих. Безопасность газомоторной техники ПАО КАМАЗ обеспечивается выполнением специальных требований и правил, которые к примеру, приводятся в Техническом регламенте Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» и Правилах ЕЭК ООН № 110. Технический регламент таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» - документ, разработанный на основании Соглашения о единых принципах и правилах технического регулирования в Республике Беларусь, Республике Казахстан и Российской Федерации (далее - государства - члены Таможенного союза) от 18 ноября 2010 года. «Правила ЕЭК ООН № 110» - единообразные предписания, касающиеся официального утверждения:
I - элементов специального оборудования автотранспортных средств, двигатели которых работают на компримированном природном газе (КПГ) и/или сжиженном природном газе (СПГ);
II - транспортных средств в отношении установки элементов специального оборудования официально утвержденного типа для использования в их двигателях использующих в качестве топлива компримированный природный газ (КПГ) и/или сжиженный природный газ (СПГ).
В соответствии с п. 4.6 Правил ЕЭК ООН № 110 и п. 2
Приложения 1 ТР ТС 018/2011 [30] к объектам специального оборудования относятся и устройства для питания двигателя газообразным топливом. Такие устройства составляют штатную систему питания двигателя, использующего в качестве топлива природный газ, которая имеет собственную систему управления, а функции ее безопасности обеспечиваются компонентами и частично электронным блоком управления двигателем. Такая система может оборудоваться как штатными датчиками и исполнительными механизмами, так и дополнительными устройствами, обеспечивающими безопасное использование газового транспортного средства. Совершенствование электронной системы, обеспечивающей контроль и управление параметрами газоподающей аппаратуры позволило бы не только выполнить требования нормативных документов, касательно безопасности, но и повысить надежность и безаварийную эксплуатацию транспортного средства.
Известно, что бортовое электронное оборудованием транспортного средства, включает в себя несколько десятков электронных блоков управления, связанных между собой линией обмена данными и диагностики. Таким образом, интеграция системы обеспечения безопасности транспортного средства с газоподающей системой, системой управления двигателем и автомобильными системами, посредством линий диагностики и передачи данных позволила бы использовать информацию, получаемую с уже имеющихся датчиков различных электронных систем автомобиля с целью воздействия на исполнительные механизмы, для выполнения функций безопасности и самодиагностики.
Актуальность работы. В настоящее время в стране происходит развитие электронных систем управления, использующих в своем составе сложную микропроцессорную технику, для обеспечения вычисления оптимальных алгоритмов работы различных систем и агрегатов автомобиля. Предлагается рассмотреть методы и алгоритмы необходимые для обеспечения безопасности и надежности газобаллонного автомобиля, а также провести натурные испытания функций системы безопасности.
Целью диссертационной работы является совершенствование безопасности эксплуатации автотранспортных средств КАМАЗ, использующих в качестве моторного топлива природный газ, путем применения алгоритмов блока управления и средств обнаружения утечки топлива.
Задачи работы заключаются в следующем: Изучить методы и алгоритмы диагностики измерительных и исполнительных устройств газобаллонного оборудования транспортного средства; Создание на основе полученных знаний алгоритмов системы обеспечения безопасности; Разработка требований к системе обеспечения безопасности. Рассмотреть возможность реализации алгоритмов системы безопасности в электронном блоке управления двигателем, совместно системой управления двигателем. Разработать методику проверки основных функций и алгоритмов.
Научная новизна Разработаны алгоритмы определения утечки газообразного топлива. Разработаны требования к системе обеспечения безопасности, Разработана методика проверки основных функций и системы. Проведен экономический анализ стоимости системы и внедрения ее в серийное производство.
Практическая значимость работы заключается в повышении потребительских качеств газомоторной техники ПАО КАМАЗ, путем применения системы обеспечения безопасности, выполнении требований нормативных документов, с целью обеспечить безаварийную эксплуатацию, а также конкурентоспособности.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения, изложена на 106 страницах машинописного текста, включая 30 иллюстраций, 7 таблиц, 18 формул и список литературы, содержащий 55 наименований.
В первой главе работы проводится анализ средств, методов и основных направлений повышения безопасности транспортных средств. Рассматриваются документы, регламентирующие безопасность транспортных средств, а также, основные направления развития безопасности газомоторных транспортных средств.
Вторая глава посвящена обзору систем обеспечения безопасности транспортных средств. Рассмотрены методы и алгоритмы диагностики датчиков и исполнительных механизмов газобаллонного оборудования, рассмотрены возможности электронного взаимодействия различных систем автомобиля, на примере диагностической шины CAN. В итоге делаются выводы о необходимости создания системы обеспечения безопасности должна быть интегрированной с системой управления двигателем и системой обеспечения подачи газа, ввиду выполнения схожих функций и использования одинаковых датчиков и исполнительных механизмов.
Третья глава посвящена разработке требований к системе обеспечения безопасности, алгоритмов определения утечек газа. Рассмотрены состав и компоновка системы в составе автомобиля КАМАЗ 43118. Разработана методика диагностики системы, в составе автомобиля.
В четвертой главе приводится экономическая оценка внедрения системы обеспечения безопасности на серийном автомобиле. Также рассмотрен модельный ряд автомобилей КАМАЗ с возможностью применения системы.
В заключении кратко приводятся итоги выполненной работы, анализируются возможности применения системы обеспечения безопасности на газомоторной технике ПАО КАМАЗ.
Целью данной работы является решение задач обеспечения безопасности транспортных средств ПАО КАМАЗ, использующих в качестве моторного топлива природный газ, путем применения алгоритмов электронного блока управления и средств обнаружения утечки топлива. Для решения поставленных задач были рассмотрены средства и методы обеспечения безопасности транспортных средств, также был произведен обзор нормативных документов. В работе также рассматриваются методы и средства диагностики датчиков и исполнительных механизмов, алгоритмы определения утечки газа. На основании анализа полученных данных были разработаны требования к системе обеспечения безопасности, а также алгоритмы определения утечек газа, интегрированные в серийный электронный блок управления двигателем. В целях расширения возможностей системы обеспечения безопасности в ее конструкцию добавлены датчики утечки газа, контролируемые электронным блоком управления. С целью обеспечения противопожарной безопасности введен датчик контроля температуры отработавших газов на выходе из нейтрализатора.
Система была скомпонована на автомобиле КАМАЗ 43118. Разработана методика проверки основных функций. Проведена экономическая оценка внедрения системы обеспечения безопасности на автомобиле, которая показала величину увеличения цены серийного автомобиля.
Подводя итог работы можно сказать, что применение системы обеспечения безопасности влияет не только на безопасность транспортного средства в целом, но и позволяет обеспечивать выполнение требований нормативных документов, таких как Технический регламент ТР ТС 018/2011 и Правила ЕЭК ООН № 110, что в свою очередь обеспечивает повышение конкурентоспособности газомоторной техники КАМАЗ.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
