Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ 2D И 3D-МОДЕЛЕЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ АВТОМОБИЛЯ

Аббасов А.Э.

Московский машиностроительный университет, Россия

К.т.н. Аббасова Т.С.

Финансово-Технологическая Академия, Королев, Россия

Решение задач в области многомерности при описании моделей в технических системах автомобиля, анализа обратных связей при управлении объектом, определение особенностей эксплуатации моделируемого объекта с помощью программных средств компьютерной инженерии на стадии проектирования актуально с точки зрения теории и практики.

Для улучшения экологических показателей автомобиля служит система рециркуляции отработавших газов (EGR – Exhaust Gas Recirculation), предназначенная для снижения в отработавших газах оксидов азота за счет возврата части газов во впускной коллектор. Возврат части отработавших газов во впускной коллектор позволяет снизить температуру сгорания топливно-воздушной смеси, и, тем самым, уменьшить образование оксидов азота. При этом соотношение компонентов в топливно-воздушной смеси остается неизменным, а мощностные характеристики двигателя изменяются незначительно [1,2].

Для проектирования оборудования системы рециркуляции с помощью средств компьютерной инженерии необходимо проанализировать схему процесса обработки информации при управлении бензиновым двигателем внутреннего сгорания с клапаном рециркуляцией отработавших газов.

1) Постановка задачи обработки информации о режиме работы двигателя: управление зажиганием с обратной связью по детонации, управление регулятором холостого хода, дополнительными и антитоксическими устройствами.

2) Исполнители обработки информации: микропроцессорный блок управления, комплект датчиков и исполнительных устройств, встроенные аналого-цифровые преобразователи процессора, жгуты проводов с соединителями.

3) Алгоритм обработки: зависимость включения системы рециркуляции от температуры находится в определенном диапазоне, в котором двигатель считается прогретым, это от 45 – 60 градусов Цельсия и выше. Обоснованием включения системы является повышение температуры сгорания в цилиндрах двигателя, что приводит к образованию оксидов азота.

4) Типовые задачи обработки информации: получение информации с датчиков о состоянии двигателя; хранение информации об обнаружении неисправности БК в запоминающем устройстве до момента ремонта; открытие-закрытие клапана рециркуляции отработавших газов в бензиновом двигателе внутреннего сгорания; регулирование количества воздуха, подаваемого к двигателю, и частоты вращения коленчатого вала при работе на холостом ходу.

Шаговый электродвигатель с постоянными магнитами осуществляет функции исполнительного механизма для открытия-закрытия клапана рециркуляции отработавших газов. Обмотка возбуждения шагового электродвигателя является магнитопроводом и создает магнитное поле. При проектировании необходимо провести расчет параметров магнитного поля шагового электродвигателя и провести оптимизацию (минимизацию) воздушного зазора между статором и ротором. Для расчета параметров вращающихся электрических машин компанией Ansoft разработана программная среда Maxwell.

Для ускорения процесса проектирования и упрощения процесса моделирования в программной среде Maxwell можно использовать модели, созданные в других программах. На рис. 1 приведена модель клапана рециркуляции, созданная в среде 3D-Компас. В среде 3D-Компас задается только форма объекта, а в среде Maxwell (2D, 3D) задаются параметры материалов, направления магнитных линий, рассчитываются параметры электрооборудования, в том числе шагового электродвигателя.

Рис. 1. 3D-модель клапана рециркуляции

Конвертирование модели шагового электродвигателя из среды 3D-Компас в среду 3D-Maxwell (или 2D) должно включать не только прорисовку геометрии данной машины, но и создание полноценной модели с типом задачи – переходной процесс с вращательным движением [3]. На рис. 2 показано, как сразу после конвертирования можно запускать расчет и наблюдать на графике за данными, характеризующими угол поворота ротора на каждом временном шаге переходного процесса.

Рис. 2. Создание модели с типом задачи в среде 2D-Maxwell

3D-Maxwell позволяет рассчитывать переходной процесс от источников тока и напряжения с произвольными зависимостями от времени даже при движении.

Методику 3D-моделирования и конвертирования из одной среды в другую можно использовать не только в отраслях, связанных с автомобилестроением, но и для оборонных, авиационных, космических и промышленных устройств. Основу разработанной методики будет составлять информационная модель устройства с точки зрения визуализации исходных данных, формируемая специализированным графическим 3D-интерфейсом. На основе информационной модели, отражающей параметры устройства, автоматически формируется 3D-модель его конструкции, которая в свою очередь, обеспечивает автоматическое создание математической модели в среде Maxwell. Упрощается формирование математической модели, а также вывод результатов и принятие решений на их основе при моделировании различного оборудования, устройств.

Литература

1. Аббасов, Э.М., Балясников, Е.С. Система торможения с клиновым механизмом для АТС // Электроника и электрооборудование транспорта. 2007. №1. С. 22 – 23.

2. Артюшенко, В. М. Информационное обеспечение деятельности предприятий автосервиса / Промышленный сервис. – 2009. – №4(33). – С. 3 – 10.

3. Аббасов, А. Э., Аббасова, Т.С. Визуализация и анализ информации при построении 3D-моделей данных для микропроцессорной системы управления / Сб. тр. 14-ой Международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения»: Южно-Российский государственный политехнический университет – Новочеркасск, ЮРГПУ, 2014.