МЕТОД ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ НА ЭБУ АТС

METHOD FOR ASSESSING THE TECHNICAL CONDITION OF LEAD-ACID BATTERIES ON THE ELECTRONIC ON-BOARD UNIT AUTOMOBILE VEHICLE

Oleg Tishchenko

undergraduate, Department of Electrical Engineering and Electronics, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В статье дана положительная оценка контролю технического состояния АКБ без разбора автотранспортного средства. Предложены конструктивные решения реализации заявленного метода. Проведён статистический анализ факторов, влияющих на выходной фактор, заявленный как портерная для заряда ёмкость АКБ. Найдены характеры и степени влияния различных факторов на выходной параметр. Найдена математическая модель описывающая зависимость технического состояния АКБ от влияния внешних факторов, таких как срок службы и характеры эксплуатации. Проведена оценка сопоставимость математически полученных результатов на заявлено модели с реально полученными зернениями.

ABSTRACT

The article gives a positive assessment to the control of the technical condition of the battery without disassembling the vehicle. Constructive solutions for the implementation of the claimed method are proposed. Statistical analysis of the factors influencing the output factor, declared as the porter capacity of the battery for charging, was carried out. Characters and degrees of influence of various factors on the output parameter are found. A mathematical model has been found that describes the dependence of the technical state of the battery on the influence of external factors, such as service life and nature of operation. An assessment was made of the comparability of the mathematically obtained results on the declared model with the actually obtained granulations.

Ключевые слова: статистический анализ; техническое состояния АКБ; эксплуатация АКБ; эксплуатация АТС.

Keywords: statistical analysis; technical condition of the battery; technical operation of the battery; operation of automobile vehicle.

Введение. На сегодняшний день в сфере логистики лёгкой, пищевой, реже – тяжёлой промышленностях применяют автомобильный транспорт категории «С» [1]. Диагностика технического состояния грузовых АТС регулируется ГОСТ 25044-81 [2], и требует проведения диагностики АКБ не реже 1 раза в полгода (для заполярной местности - чаще). В случае, когда АТС в собственности физ.лица., а не крупного предприятия, диагностика может проводиться реже установленной нормы частоты (так как нормы ГОСТ и СТО могут игнорироваться). Снижение стоимости работ по диагностике возможно при отказе проведения диагностики АКБ, внедрением в электронный блок управления АТС программно-аппаратного комплекса, оценивающего его состояние. Помимо прямой экономической выгоды такая система предупредит неожиданный выход из строя АКБ.

Цель данной работы состоит в предложении программно- аппаратного решения диагностики состояния АКБ на базе ЭБУ АТС.

Анализ реализации системы.

Унификация предложенного решения определяет его сетевой протокол. Анализ используемых протоколов [3-4] указывает CAN шину, как наиболее распространённый сетевой протокол на АТС. Предлагаемое решение нуждается в собственном вычислительном устройстве и возможности подключения периферийных устройств – датчиков. Необходимость собственного АЛУ для системы обусловлена конструктивными решениями ЭБУ, так как зачастую они не избыточны и не предполагают дополнительных тактовых затрат ЦП.

Из заключений данных выше, установлена необходимость использования программируемого контроллера в устройстве с возможностью развёртывания в CAN шине. Решение выбора контроллера AtMega 328 удовлетворяет заявленным требованиям, и имеет наиболее благоприятную стоимость за единицу, среди аналогичных по вычислительной мощности МК.

Анализ [5-6] наиболее значимых параметров, влияющих на техническое состояние АКБ, указывает на: реальную ёмкость, характер эксплуатации АТС, количество циклов заряда-разряда и характер эксплуатации самого АКБ.

Рассмотрение заявленных параметров не позволит установить прямые математические законы технического состояния АКБ, но позволяет в режиме реального времени проводить эти параметры через модель технического стояния АКБ, полученную статическим путём.

Данные статической оценки.

В таблице 1 представлены данные, использованные для получения математической модели, описывающей техническое состояние АКБ.

Таблица 1.

Значения анализируемые при формировании модели.

В таблице параметр P указывает на общее техническое состояние АКБ косвенно указывающее на наличие и степень разгерметизации, состояния электролитов, нарушений в конструкции внутренних элементов, проводки и других. Выходной параметр измеряется в процентах и принимает значения от максимального, до допустимого к использованию (значение пригодности определено экспертным путём).

К выходным параметрам относятся: Х₁ бальная система оценки характера работы АТС, в модели учитывается, как среднее значение всех зафиксированных значений этого фактора. Фактор комплексный и включает в себя скорость, угол наклона АТС при движении и окружающую температуру. В качестве математического описания принят результата исследования [7]. Х₂ аналогичен фактору Х₁, указывает на характер эксплуатации АКБ и состоит из потребления тока всем электрооборудованием АТС и значением заряда АКБ. Оба описаны фактора принимаются, как сумма значений бального вычисления за весь период работы АКБ по отношению к количеству суммирующихся элементов.

Параметр N указывает на количество циклов заряда-разряда АКБ за весь период мониторинга его работы. С – текущий процент ёмкости АКБ от номинального, текущего по отношению к интеграции расчёта модели. Значения всех факторов получены методом нормального распределения Гаусса и соответствуют максимальному значению коэффициента среднеквадратичного отклонения (не более 33%), критерию асимметрии (в диапазоне -1…1), критерию абсцесса (в диапазоне -0,1…0,1).

Анализ математической модели. Анализирован результат моделирования квадратичным, обратным, логарифмическим, степенными и линейными до 5-ой степени полиномами. В результате анализа результатов моделирования выбрана модель с наиболее благоприятными значениями статистики, коэффициентов множественной корреляции, а также для снижения тактовых циклов АЛУ процессора контроллера – с благоприятным значением достоверности аппроксимации – модель квадратного полинома в пятой степени, и имеет вид:

P =95,126+0,001(P₁)⁵-0,007 (P₁)⁴+0,116 (P₁)³-0,917(P₁)²+ 1,961(P₁)

P₁ не линеаризованная модель квадратного полинома:

P₁ =105,889-0,186*(X₁)²-0,010*(N)²-0,008*(X₂)²+0,007*(C)²

Графики анализа данных Талицы 1 моделями квадратного полинома и линеаризованного квадратного полинома в пятой степени представлены на рисунке 1

Рисунок 1. Результат анализа с помощью полученных моделей (- линеализированная; квадратный полином)

Результат анализа точности работы модели найден через относительную погрешность, составившую не более 4%. Погрешность удовлетворительна для инженерных расчётов, не более 5%. Внедрение на АТС разработанной и проанализированной системы возможно, с установкой допустимого диапазона для эксплуатации АКБ, в памяти контроллера в 64%, что полностью подавит погрешность статистической модели.

Вывод. Предложена математическая модель допустима для внедрения в состав АТС, с целью предупреждения отказа АКБ во время эксплуатации АТС. Результат проверки адекватности модели указывает на недопустимость отказа от проведения диагностики АКБ. Дана экономическая оценка внедрения предложенного программно- аппаратного решения.

Модель имеет вид квадратного полинома в пятой степени, благоприятного для работы контроллера, так как линеаризована в большей степен, и чем статистическая модель. Факторы, учитываемые системой: характер эксплуатации АТС и АКБ, количество циклов заряда-разряда за весь срок службы АКБ, находятся обратной зависимости к техническому состоянию АКБ, часть заряда от номинального значения в – прямой. Дана оценка значимости влияния каждого фактора.

Список литературы:

1. Просвирина Н. В. Особенности реализации логистических услуг на российском рынке грузовых перевозок // ЕГИ. 2020. №2 (28).
2. Чупин Д.П. Исследование методов диагностики аккумуляторных батарей // ОНВ. 2018. №1 (117).
3. Лысенко А.Ф. Сетевые протоколы передачи данных // Вопросы науки и образования. 2018. №5 (17).
4. Юнусова Л.Р., Магсумова А.Р. Автомобильная шина CAN-подходы и реализация // Проблемы науки. 2019. №7 (43).
5. Тышкевич Л.Н., Журавский Б.В. Исследование тепловых процессов аккумуляторной батареи при эксплуатации автомобиля в условиях низких отрицательных температур // Вестник СибАДИ. 2017. №6 (58).
6. Кириллов Ю.А. Прогнозирование жизнеспособности стартерных батарей наземного транспорта // Молодой исследователь Дона. 2021. №4 (31).
7. Латынцев А.И., Тихов-Тинников Д.А., Рогов В.Е. Эксплуатация автотранспортных средств сельскохозяйственного назначения с учетом их остаточного ресурса // Вестник ЗабГУ. 2012. №12.