Комплексный цифровой метод исследования и испытания перспективных материалов и изделий электроники и электронных управляющих систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, доктор наук Садыков Марат Фердинантович

• Садыков Марат Фердинантович
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Садыков Марат Фердинантович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАНЕЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И УСТАНОВОК, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОННЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

1.1 Введение

1.2 Тенденции в создании комплексных методов и установок

1.3 Теоретическое обоснование применимости предлагаемых автоматизированных комплексных методов и установок для систематического исследования перспективных материалов электроники и ЭУС

1.4 Выводы по главе

2 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ, МАГНИТО-АКУСТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Введение

2.2 Акустическая и оптическая спектроскопия

2.3 Существующие методы и установки для исследования акустических, магнитоакустических и оптоакустических характеристик в магнетиках и диэлектриках

2.4 Выводы по главе

3 КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД И АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОННЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

3.1 Введение

3.2 Акустическая часть АМУ-1

3.3 Оптическая и магнитная части АМУ-1

3.4 Программный комплекс АМУ-1

3.5 Выводы по главе

4 ТИПЫ ИССЛЕДОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК И ГЛАВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОНИКИ

4.1 Введение

4.2 Измерение магнитного двулучепреломления акустических волн в антиферромагнетиках

4.3 Антиферромагнитная коническая рефракция акустических волн

4.4 Магнитное оптическое двулучепреломление

4.5 Исследование необычных диэлектрических и магнитных свойств манганитов

4.6 Магнитоакустические модуляторы оптических пучков, основанные на магнитоупругой модуляции поляризации оптических мод

4.7 Выводы по 4 главе

5 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АМУ-1

5.1 Измерение магнитного поля

5.2 Юстировка оптической системы и ориентация образцов

5.3 Оценка основных параметров и чувствительности АМУ-1

5.4 Выводы по главе

6 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

6.1 Введение

6.2 Современные системы математического моделирования двигателей внутреннего сгорания

6.3 Современные системы тестирования электронных блоков управления и двигателей внутреннего сгорания

6.4 Анализ существующих эмулирующих комплексов

6.5 Стенды для исследования параметров электронного блока управления и двигателя внутреннего сгорания

6.6 Обзор методик измерения и установок для контроля и мониторинга состояния двигателя внутреннего сгорания

6.7 Обзор известных методов неразрушающей диагностики

6.8 Диагностирование двигателя внутреннего сгорания по параметру мощности механических потерь

6.9 Выводы по главе

7 КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД И АМУ-2 ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

7.1 Введение

7.2 Разработка комплексного метода диагностической части двигателя внутреннего сгорания АМУ-2

7.3 Эмуляторная часть электронного блока управления и двигателя внутреннего сгорания АМУ-2

7.4 Управляющая часть АМУ-2

7.5 Выводы по главе

8 ИССЛЕДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ

НА АМУ-2

8.1 Введение

8.2 Цикловые исследования электронного блока управления двигателя внутреннего сгорания

8.3 Экспериментальная проверка виртуальной модели двигателя внутреннего сгорания

8.4 Гибридная модель двигателя внутреннего сгорания

8.5 Модель трансмиссии транспортного средства

8.6 Проверка параметров формируемых моделями датчиков и исполнительных механизмов

8.7 Сопоставление внешних скоростных характеристик

8.8 Усовершенствованный метод диагностики двигателя внутреннего сгорания

8.9 Анализ сигналов, полученных на АМУ-2

8.10 Исследование сигналов, получаемых с экспериментальной установки

8.11 Предварительное тестирование работоспособности экспериментальной установки

8.12 Графическое представление результатов анализа свободного выката

8.13 Статистическая обработка результатов эксперимента

8.14 Экономические аспекты внедрения новой методики

8.15 Экспериментальные исследования двигателя внутреннего сгорания с управляемыми фазами газораспределения

8.16 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКМ - специализированная программа компании «АБИТ» для считывания калибровочных данных и текущих параметров электронного блока управления; АМУ-1 - автоматизированная многофункциональная установка - 1; АМУ-2 - автоматизированная многофункциональная установка - 2; АО - акустооптические;

АСУ - автоматизированной системы управления;

АФЛП - антиферромагнетик типа легкая плоскость;

АФМР - антиферромагнитный резонанс;

АЦП - аналого-цифрового преобразователя;

АЭСУ - автономная электронная система управления;

БСПК - блок силового привода клапанов;

ВМТ - верхняя мертвая точка;

ВСХ - вязкостно-скоростная характеристика;

ВТСП - высокотемпературный сверхпроводник;

ГРМ - газораспределительный механизм;

ГСМ - горючесмазочные материалы;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ДМРВ - датчик массового расхода воздуха;

ДП - двулучепреломление;

ДПДЗ - датчик положения дроссельной заслонки;

ДПКВ - датчик положения коленчатого вала;

ДТОЖ - датчик температуры охлаждающей жидкости;

ДФ - датчик положения распределительного вала;

ИК - инфракрасный

КВ - коленчатый вал;

КСВ - коэффициент стоячей волны;

КШМ - кривошипно-шатунный механизм;

М - модулятор;

МК - микроконтроллер;

МО - магнитооптические;

МУ - магнитоупругие;

МЦН - межцикловая неидентичность;

НТЦ ПАО «КамАЗ» - научно-технический центр публичного акционерного

общества «КамАЗ»;

ПК - персональный компьютер;

ПКВ - поворот коленчатого вала;

ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема;

ПП - пъезопреобразователь;

РВ - распределительный вал;

ТО - техническое обслуживание;

ФНЧ - фильтр нижних частот;

ФП - фотоприемник;

ЦАП - цифро-аналогового преобразователя;

ШИМ - широтно-импульсная модуляция;

ЭБУ - электронный блок управления;

ЭМК - электромагнитые клапаны;

ЭПР - электронный парамагнитный резонанс;

ЭСУД - электронная система управления двигателем;

ЭУГ ГРМ - электронноуправляемый гидропривод газораспределительного механизма;

ЭУС - электронная управляющая система;

ЯМР - ядерный магнитный резонанс;

HiL - Hardware-in-the-Loop;

L-зонд - датчик концентрации кислорода;

MIL - Model-in-the-Loop;

NI - National Instruments;

SiL - Software-in-the-Loop.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексный цифровой метод исследования и испытания перспективных материалов и изделий электроники и электронных управляющих систем»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Развитие большинства естественнонаучных направлений, создание новых технологий, машин и механизмов, различных энергетических комплексов во многом определяется уровнем современной электронной техники. Стремительное развитие электроники во второй половине XX и начале XXI века привело к все более расширяющемуся ее влиянию на экономическое и социальное развитие мирового сообщества. Достаточно упомянуть, что достижения электроники формируют элементную базу всех современных средств приема, передачи и обработки информации, а также вычислительной техники и автоматизированных систем управления.

Сама электроника стала многофункциональной, вобрав в себя достижения ряда смежных областей науки и техники. Это обстоятельство позволило в последние три десятилетия значительно увеличить номенклатуру материалов, используемых в электронной технике, что многократно расширило возможности электронных датчиков, систем управления и контроля. С помощью мониторинга и компьютерного моделирования стало возможным управление весьма сложными производственными процессами и устройствами.

Большинство современных схемотехнических решений при разработке новых электронных устройств основано на использовании традиционных полупроводниковых элементов. Но уже можно уверенно предположить, что в ближайшее время новые сегнетоэлектрические, магнитные, пьезоэлектрические и оптические материалы займут достойное место. В этом случае управляющими сигналами будут не только потоки электронов, но и пучки фотонов, фононов или магнонов, магнитные и электрические поля.

Еще во второй половине XX века с обнаружением новых физических эффектов, таких как термоядерные процессы, генерация когерентного оптического излучения, высокотемпературная сверхпроводимость, с созданием транзисторов и компьютеров, стала возникать потребность в новых материалах, обладающих более

высокими физическими характеристиками, способных работать в экстремальных условиях.

Создание на их базе все большего количества новых приборов и устройств, а затем и новых научных направлений (особенно в электронике) привело к постепенному изменению характера физического материаловедения. Исследование физических свойств стало дополняться испытанием материалов в экстремальных условиях при высоких и сверхнизких температурах, высоких давлениях, воздействии сильных электрических и магнитных полей, акустических и оптических волн. Причем во многих случаях было необходимо измерение набора характеристик материалов при одновременном воздействии нескольких физических факторов. Достаточно привести примеры таких устройств как современные сверхмощные лазеры, суперкомпьютеры, преобразователи электрической энергии.

Более того, исследование определенных свойств новых материалов возможно было проводить только при включении их в состав какого-либо устройства. Можно привести только два примера из проведенных нами исследований. В первом случае, для создания управляющих и модуляционных блоков в мощных лазерах необходимы сегнетоэлектрические материалы, обладающие большими нелинейными оптическими характеристиками, высокой теплопроводностью и малыми оптическими потерями. Поскольку эти свойства изменяются под действием сильных лазерных пучков, испытания новых сегнетоэлектриков наиболее целесообразно проводить непосредственно в составе самих лазеров с привлечением других физических способов контроля физических характеристик. Во втором случае, для увеличения быстродействия и объема памяти нового поколения компьютеров, предполагается помимо использования электромагнитных импульсов в качестве информационных сигналов применять оптические (лазерные) импульсы, а запись информации выполнять не на транзисторах, а на наноструктурированных магнитных или сегнетоэлектрических доменах.

За последние два десятилетия во многом изменился стиль научных исследований физических характеристик новых материалов: он стал многофакторным и сопряженным с испытанием свойств материалов в экстремальных условиях. Поскольку, особенно в нашей стране, практически отсутствуют такие комплексные измерительные стенды, необходимые измерения и испытания новых материалов проводятся в различных научных центрах, причем чаще всего за рубежом, что задерживает срок выполнения исследований и испытаний и при этом теряется приоритет в использовании новых материалов. Достаточно вспомнить историю с первым получением и последующим использованием нового материала наноэлектроники - графена.

Анализ современного состояния научного приборостроения в России и зарубежных странах показывает, что на данный момент времени существует большой класс разработанных и серийно выпускаемых приборов и установок с высокой чувствительностью, разрешающей способностью и с хорошим программным обеспечением. При этом у большинства из них достаточно узкая область применения и ограничение по задачам. Разработан большой парк приборов для изучения структуры материалов на атомном или молекулярном уровне.

Однако практически не выпускаются установки, в которых одновременно используются различные физические методы в сочетании с разнообразными способами воздействия на исследуемые материалы и изделия. На сегодняшний день в большинстве российских и зарубежных исследований сочетание нескольких методов и воздействий производится индивидуально для каждого конкретного случая.

Таким образом, разработка нового принципа научных исследований и испытаний материалов электронной техники, заключающегося в создании автоматизированного измерительного комплекса, состоящего из набора модулей, сопряженных между собой, и исследуемых образцов в программно-аппаратном комплексе, несомненно, актуальна. Более точные и полные сведения о физических свойствах материалов, а также их поведении при экстремальных воздействиях

позволит изучать более сложные объекты и процессы, исследование которых традиционными методами затруднительно или даже невозможно.

В первой части данной работы основное внимание обращено на создание нового принципа комплексных исследований и испытаний перспективных материалов электронной техники. И это не случайно, поскольку уже более полувека электроника является наиболее динамично развивающейся областью науки и техники, оказывающей сильное влияние на другие области познания и практического использования. Поэтому вполне логично было распространить разработанный принцип комплексного исследования и испытания материалов электронной техники и на испытания образцов сложных технических устройств. В обоих случаях используется один и тот же алгоритм комплексных испытаний с использованием сходных компьютерных программ для управления процессом исследований и испытаний, что объясняется необходимостью получения большого набора экспериментальных фактов, их накопления и обобщения, необходимостью создания новых математических моделей исследуемых процессов или объектов.

Поскольку в современных условиях все большее развитие получают автоматизированные системы управления технологическими процессами и комплексами, перед разработчиками новой техники возникает задача по контролю работы и перестройки управляющих функций самих электронных управляющих систем (ЭУС).

Одним из наиболее продвинутых направлений в общей тенденции автоматизации сложных производственных процессов и управления стал автомобильный транспорт, поскольку одним из конечных результатов автоматизации станет, возможно, «беспилотный автомобиль». Между двумя проблемами - автоматизация научных исследований и автоматизация автомобильного транспорта - много общего. Это необходимость использования наиболее современного программного обеспечения, постоянное изменение и расширение функциональных возможностей установок и комплексов за счет использования новой электронной базы и снижения роли исполнителей в управлении производственными процессами.

Кроме того, даже в современном автомобиле уже используется целый набор всевозможных датчиков (температуры, давления, скорости, диагностики работоспособности различных узлов и т.д.), выполненных на основе различных физических принципов и с использованием современных электронных материалов и устройств.

Примечательно, что экспериментальной основой предлагаемых подходов к достижению данной цели является сочетание уже известных приборов и комплексов с вновь разработанными компьютеризированными измерительными системами. Отличительной особенностью таких многофункциональных установок является использование оригинальных систем программирования, позволяющих оптимизировать процесс управления всеми приборами и элементами экспериментальных установок и комплексов.

В сложившейся к концу XX века ситуации - начало исследований автора -представлялось актуальной разработка универсального комплексного цифрового метода, позволяющего выполнять исследования и испытания перспективных материалов и устройств электронной техники, электронных управляющих систем, который позволил бы получать более точные и полные данные о свойствах исследуемых объектов, процессах и явлениях, происходящих в них при внешних воздействиях.

Применение подобных комплексных методов и установок, несомненно, приведет к расширению возможностей использования перспективных материалов электронной техники и электронных управляющих систем, а также повысит эффективность работы ЭУС в автомобилестроении.

Методология и методы исследования

Объект исследования: перспективные материалы и изделия электроники, электронные управляющие системы.

Предмет исследования: комплексное исследование и испытание перспективных для электроники материалов и электронных управляющих систем.

Цель диссертационной работы заключается в разработке универсального комплексного цифрового метода исследования и испытания перспективных

материалов и изделий электроники, электронных управляющих систем и создание двух полностью автоматизированных установок для реализации комплексного метода.

Основные задачи работы:

1) анализ современного состояния ранее разработанных методов и установок, предназначенных для комплексного исследования перспективных материалов электроники и ЭУС;

2) теоретическое обоснование применимости предлагаемого комплексного цифрового метода для систематического исследования перспективных материалов электроники и расширения функциональных характеристик ЭУС двигателей внутреннего сгорания (ДВС);

3) разработка комплексной методики и автоматизированной многофункциональной установки для исследования особенностей магнитных, электрических, упругих, оптических, диэлектрических, электронных свойств материалов, а также их изменений под внешним воздействием;

4) апробация разработанных методики и установки - экспериментальное изучение особенностей физических свойств ряда перспективных в электронике магнито- и электроупорядоченных материалов при различных внешних воздействиях, включая комплексные;

5) разработка комплексной методики и автоматизированной многофункциональной установки, состоящей их систем диагностики, эмуляции и управления ДВС;

6) проведение испытаний комплексной методики и режимов работы автоматизированной многофункциональной установки для эмуляции, тестирования и диагностики двигателей внутреннего сгорания и их электронных управляющих систем.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические методы математического анализа и математической статистики, математические методы обработки информации. Исследование проводилось с использованием сред математического моделирования LabView 15.0 и Ма^аЬ 8.0.

Моделирование принципиальных схем проводилось с использованием программ MultiSim 10.0, Qucs 0.0.19 и Altium Designer 16.

На защиту выносятся

1. Комплексный цифровой метод исследования и испытания перспективных для электроники материалов и электронных управляющих систем, основанный на одновременном использовании нескольких физических методов измерения, управляемом внешнем воздействии на исследуемый объект, использовании открытой архитектуры системы управления, позволяющий применять цифровые модели объекта управления.

2. Автоматизированная многофункциональная установка (АМУ-1), позволяющая одновременно исследовать набор физических характеристик перспективных материалов и их изменений при воздействиях лазерных и ультразвуковых пучков, электрических и магнитных полей в широком температурном интервале.

3. Методики исследования упругих, электрических, диэлектрических, оптических, магнитоупругих, магнитооптических и акустооптических характеристик разнообразных материалов, перспективных для применения в устройствах электронной техники.

4. Методики экспериментальных исследований воздействия магнитных и электрических полей, акустических и лазерных пучков на физические свойства перспективных диэлектрических, магнитных, полупроводниковых и сегнетоэлектрических материалов, а также при их комплексном воздействии.

5. Автоматизированная многофункциональная установка (АМУ-2) для эмуляции, тестирования и диагностики двигателей внутреннего сгорания и их электронных управляющих систем.

6. Методика диагностики двигателей внутреннего сгорания на основе процесса свободного выката.

7. Методика экспериментального испытания системы управления газораспределением и подъема клапанов при помощи электрогидравлического привода газораспределительного механизма (ГРМ).

8. Универсальный программный комплекс ЭУС, состоящий из серии измерительных модулей, реализующий различные алгоритмы управления процессом измерений, сбора, накопления и предварительной обработки результатов измерений.

Теоретическая значимость заключается в создании и развитии усовершенствованных комплексных методов изучения и исследования сложных процессов и механизмов взаимодействия различной физической природы (магнитоакустические, магнитооптические и акустооптические) в магнитных материалах (магнетиках, ферроиках, манганитах, высокотемпературных сверхпроводниках), позволяющих расширить возможности их использования для электронной техники и электронных управляющих систем. При проведении экспериментальных исследований перспективных материалов для различных областей электроники был обнаружен и изучен ряд эффектов, которые могут быть применены для создания новых сенсоров и датчиков в приборо- и автомобилестроении. Установлены возможности обнаруженных физических эффектов для модуляции, частотного преобразования и пространственного управления лазерными пучками, управления скоростью акустических пучков магнитным полем в линиях задержки.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке двух автоматизированных многофункциональных установок: АМУ-1 для более полных исследований особенностей физических свойств перспективных материалов электроники и АМУ-2 для управления и расширения функциональных характеристик ЭУС автомобильного транспорта.

На разработанной автоматизированной установке АМУ-1 получены следующие научные результаты. В легкоплоскостном антиферромагнетике обнаружены оптическое двулучепреломление и его зависимость от напряженности и направления вектора намагниченности, резкое изменение оптического двулучепреломления и поляризации оптического пучка, резкое изменение оптического двулучепреломления в узком интервале магнитного поля 237 кА/м-553 кА/м, соответствующем монодоменизации образца а-Бе2Оз. Обнаружен и

классифицирован ряд новых эффектов, в том числе резкий структурный переход первого рода при Т = 150 К в монокристаллах лантан-стронциевых манганитов. В гематите обнаружено разделение входящего потока акустической энергии на два потока, соответствующих двум нормальным модам поперечных колебаний.

Установка АМУ-2 способна проводить испытания, настройку, калибровку датчиков и агрегатов ДВС в рабочих режимах без использования стендовых или натурных испытаний. АМУ-2 внедрена в производственную деятельность научно-технического центра ПАО «КАМАЗ», где используется для настройки электронной системы управления, для ускорения калибровки и модификации алгоритмов электронных систем управления двигателя внутреннего сгорания, отработки реакций на возникающие неисправности.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректной постановкой исследовательских задач и их физической обоснованностью, использованием современной элементной базы и комплексным подходом к проведению исследований; сходимостью теоретических и экспериментально полученных результатов; непротиворечивостью результатам подобных исследований других авторов и основным положениям науки; использованием сертифицированных и поверенных образцов, мер и контрольно-измерительной аппаратуры, а также применением математического анализа при обработке полученных результатов с использованием современных средств вычислительной техники. Полученные автором результаты подтверждаются проведенными ранее экспериментами на магнитных и сегнетоэлектрических кристаллах, их сопоставимостью с теоретическими выводами о возможности существования обнаруженных автором новых физических эффектов. Теоретические и практические результаты по моделированию, эмуляции и диагностике ДВС совпадают с аналогичными экспериментальными данными, полученными в НТЦ ПАО «КАМАЗ» на диагностических стендах других производителей.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.

1. Разработан и осуществлен комплексный метод исследования сложных процессов и механизмов взаимодействия волн различной физической природы в

перспективных материалах: фотон-фононного, электрон-фононного, фотон-магнонного, электрон-фононного; различных видов фазовых переходов -структурных, магнитных и сегнетоэлектрических.

2. Разработана комплексная методика изучения магнитоакустических, магнитооптических и акустооптических эффектов в магнитных материалах, применяемая для одновременного исследования магнитоупругих, магнитооптических и акустооптических свойств антиферромагнетиков.

3. Разработана и создана автоматизированная многофункциональная установка тестирования, эмуляции, управления и диагностики двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электронных блоков управления (ЭБУ), способная выполнять проверку электронных систем управления на всех рабочих режимах двигателя, в том числе при предельных температурах, различном атмосферном давлении, а также с учётом влияния неисправных компонентов на работоспособность системы, что весьма проблематично в современных реальных условиях.

4. Разработаны алгоритмы системы управления автоматизированной многофункциональной установки тестирования, эмуляции, управления и диагностики ДВС и ЭБУ с использованием экспериментальных данных, полученных на стендовых испытаниях реального двигателя.

5. Разработан усовершенствованный метод диагностики рабочих режимов двигателя внутреннего сгорания на основе свободного выката.

Соответствие паспорту специальности

Работа соответствует паспорту специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий.

Пункты 1, 2, 5 научной новизны и пункты 1, 5, 6, 7, 8 основных результатов и выводов диссертации соответствуют пункту 2 паспорта специальности «Разработка и оптимизация методов расчета и проектирования элементов, средств, приборов и систем аналитического и неразрушающего контроля с учетом особенностей объектов контроля».

Пункт 3 научной новизны и пункты 2, 3 основных результатов и выводов диссертации соответствуют пункту 3 паспорта специальности «Разработка, внедрение и испытания приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами».

Пункт 4 научной новизны и пункт 8 основных результатов и выводов диссертации соответствуют пункту 6 паспорта специальности «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля».

Связь работы с научными программами:

Часть работы по исследованию линейных и нелинейных акустических, оптических, магнитоакустических и электрических свойств материалов была выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 05-02-17182 (2005 г.) «Динамическая неоднородность вблизи структурных фазовых переходов в соединениях сложного состава». Работа по созданию универсальной автоматизированной установки эмуляции, управления и диагностики ДВС, методики и экспериментальных испытаний была выполнена в рамках договора №496-ЕП от 8.04.2013 «Разработка программной среды 1D моделирования для разработки программного обеспечения электронных блоков управления», реализуемого в рамках комплексного проекта №9932/17/07-К-12 от 20.11.2012 «Создание семейства двигателей КАМАЗ на альтернативных видах топлива с диапазоном мощностей 300...400 л.с. и потенциалом выполнения перспективных экологических требований».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- 7-ой, 8-ой, 9-ой международных научно-практических конференциях «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabView и технологии National Instruments» (Москва, 2008-2010 гг.);

- IV Euro-Asian Symposium «Trends in magnetism» EASTMAG-2010 (Екатеринбург, 2010);

- международной конференции «Оптика-2011» (Санкт-Петербург, 2011 г.);

- XII международной научно-практической конференции «Инженерные и научные приложения на базе технологий National Instruments» (Москва, 2013 г.);

- II международном молодежном конгрессе «Энергетическая безопасность» (г. Курск, 2017 г.);

- III Поволжской научно-практической конференции «Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве» (Казань, 2017);

- International Conference «Industrial Engineering» (Челябинск, 2018);

- Международной научно-практической конференции «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии» (Сочи, 2018 г.),

- XXXI Уральской конференции «Физические методы неразрушающего контроля (Янусовские чтения)» (Екатеринбург, 2018 г.)

Публикации результатов исследования. Результаты работы изложены в 44 печатных работах, включая 20 статей в журналах, индексируемых в международных базах данных SCOPUS или/и Web of Science, 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 2 патента на полезную модель, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ и 4 работы в сборниках материалов конференций. Список основных публикаций приведен в конце диссертации и автореферата.

Личный вклад автора. Автор сформулировал и предложил комплексный цифровой метод, непосредственно разработал концепцию построения автоматизированных многофункциональных установок АМУ-1 для исследования перспективных материалах магнитоакустических, магнитооптических и акустооптических явлений в магнитных материалах и АМУ-2 для тестирования, эмуляции, управления и диагностики ДВС и электронных блоков управления. Автор провел экспериментальные исследования ряда магнитоупорядоченных материалов на АМУ-1, создал измерительные методики, алгоритмы работы

программного обеспечения, обработки и интерпретация полученных экспериментальных данных. При проведении исследований на АМУ-2 автор сформировал общую концепцию реализации комплексного цифрового метода, определил цели, задачи проведения исследований и способы их решения, разработал методики исследования, участвовал в создании алгоритмов для программного обеспечения; сформулировал выводы, положения и закономерности по результатам исследований.

В работах, посвященных изложению исследования перспективных материалов электроники, особенностей магнитных, электрических, упругих, оптических, диэлектрических, электронных свойств материалов, а также их изменений под внешним воздействием, соискателю принадлежат результаты экспериментальных исследований ряда магнитоупорядоченных материалов, создание измерительных методик, алгоритмов работы и программного обеспечения, обработка и интерпретация полученных экспериментальных данных. Совместно с Мигачевым С.А., Шакирзяновым М.М., Ахмадуллиным И.Ш. и Голенищевым-Кутузовым А.В. было исследовано магнитное двупреломление и коническая рефракция упругих волн в антиферромагнетике а-Ре203, магнитное двулучепреломление света в гематите, магнитное двупреломление звука и магнитоакустические осцилляции в гематите. Совместно с Маминым Р.Ф. была изучена гигантская диэлектрическая восприимчивость и магнитоемкостный эффект в манганитах. Исследования проводились в совместном научно-учебном центре (лаборатория магнитоакустики КФТИ КазНЦ РАН и филиал кафедры промышленной электроники КГЭУ) в 1998-2018 гг.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Садыков Марат Фердинантович, 2019 год

Список литературы

1. Костюков В.Н. Автоматизированные системы контроля качества и диагностики / В.Н. Костюков, А.П. Науменко. - Омск: ОмГТУ, 2007. - 89 с.

2. Кузнецов В.А. Приборно-модульные универсальные автоматизированные измерительные системы: справ. / В. А. Кузнецов, В.Н. Строителев, Е.Ю. Тимофеев и др.; под ред. В.А. Кузнецова. М.: Радио и связь, 1993. - 304 с.

3. Кисурин А. А., Беспаленко Д. В. Автоматизация измерений и контроля электрических и неэлектрических величин. Учебное пособие / ГОУ ВПО «Воронежский гос. технический ун-т». Воронеж, 2009. (Изд. 2-е, перераб. и доп.).

4. Построение систем автоматизации физического эксперимента [Текст]: дис...док. техн. наук: 01.04.01: Приборы и методы экспериментальной физики, защищена 11.02.02: утв. 11.10.02 / Петров Зим Егорович. - Якутск, 2002. - 270 с.

5. Ратхор, Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника / Т.С. Ратхор. М.: Техносфера, 2004. - 376 с.

6. Шандров, Б.В. Технические средства автоматизации / Шандров Б.В., Чудаков А.Д. М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с.

7. Николайчук, О.И. Современные средства автоматизации / О.И. Николайчук. М.: Солон-Пресс, - 2006. - 248 с.

8. Хетагуров, Я.А. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ): учеб. пособие / Я.А. Хетагуров. М.: Высш. шк. - 2006. - 464 с.

9. Парк, Д. Передача данных в системах контроля и управления / Д. Парк, С. Маккей, Э. Райт. М.: Группа ИТД, 2006. - 480 с.

10. Парк, Д. Сбор данных в системах контроля и управления / Д. Парк, С. Маккей. М.: Группа ИТД, 2006. - 540 с.

11. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. Изд-е 2-е, испр. -М.: «Техносфера», 2007. - С.248.

12.Загидулин, Р.Ш. LabVIEW в исследованиях и разработках / Р.Ш. Загидулин. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 352 с.

13. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW / под ред. П. А. Бутырина. М.: ДМК-Пресс, 2005. - 264 с.

14. Садовский, Г.А. Теоретические основы информационно-измерительной техники / Садовский Г. А. М.: Высш. шк., 2008. - 480 с.

15. Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments. материалы Международной науч.-практ. конференции. М.: Изд-во РУДН, 2005. - 392 с.

16.Кехтарнаваз, Н. Цифровая обработка сигналов на системном уровне с использованием LabVIEW / Н. Кехтарнаваз, Н. Ким. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. - 304 с.

17.D., I. Khomskii. Multiferroics: Different ways to combine magnetism and ferroelectricity / I. Khomskii. D. // Jornal magnetism and Magnetic Materials. - 2206. -306. - С. 1-8.

18.A.K. Sarychev. Electrodynamics of Metamaterials / A.K.Sarychev, V.M.Shalaev // World Scientific and Imperial College Press. - 2007. - P. 200.

19.A. Sihvola. Metamaterials in electromagnetics / Metamaterials // 2007. Vol. 1, Is. 1, P. 2-11

20.K. Sakoda. Optical properties of Photonic Crystals. Berlin. Springer. 2005.

P.300.

21. А. В. Голенищев-Кутузов, В. А. Голенищев-Кутузов, Р. И. Калимуллин. Фотонные и фононные кристаллы. Формирование и применение в опто- и акустоэлектронике. М. Физматлит. 2010.

22.N. Engheta, R. W. Ziolkovskii. Metamaterials: physics and engineering explorations. Hoboken NY. Wiley. 2006.

23.Ю. В. Гуляев, С. В. Тарасенко, В. Г. Шавров. Спин-волновая акустика антиферромагитных структур как магнитоакустических материалов. Успехи физических наук. 2011. Т. 181, №6, С. 595.

24.Балабанов В.И., Балабанов И.В. Нанотехнологии: Правда и вымысел - М.: Эксмо, 2010., с. 40.

25. Смоленский С.А. et. al. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. Ленинград, Наука, 1971.

26.Zybko P., Gariglio S., Gabay M., Chosez P., Triscone J. Interface physics in complex oxide heterostructures // Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2011. 2. 141.

27.D. Lee, S. H. Back, T. Kim, J. Yoon, C. M. Folkman, C. B. Eom, T. W. Noh. Polarity control of carrier injection at ferroelectrics metal interfaces for electrically switchable diode and photovoltaic effects // Phys. Rev. 2011. R 84. 125305.

28.Pollman R. H., Ivanov A. L., Muljanov E. A. Ultrasonic control of terahertz radiation via lattice anharmoni&&&city in LiNbO3. Appl. Phys. Lett. 2011. 98. 263305.

29.Maigyte L., Staliunas. Sputial filtering with photonic crystals // Appl. Phys. Reviews. 2015. 2. 011102.

30.Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Изд-во. Иностр. Литературы, 1956 -1957.

31.Е.А. Туров. Кинетические, оптические и акустические свойства антиферромагнетиков. Изд-во УрО АН СССР, Свердловск 1990. -134с.

32. Физическая акустика: в 4 т. / под ред. У. Мэзона. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Ч.А. - М.: Мир, 1966. - Т.1. - 592 с.

33.И.А. Викторов. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лямба в технике. М.: Наука.1966. 168 с.

34.Труэлл Э., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. - М.: Изд-во Мир. 1972. 307 с.

35. V. Buckin, B. O'Driscoll and C. Smyth Ultrasonic spectroscopy for material analysis // Recent advances. Spectrosc. Europe. 2003. V. 15. №1. P. 20.

36.J.D. Gavenda, M.D. Foegelle Large dynamic range technique for magnetoacoustic measurements. // Review of Scientific Instruments. 2001. V. 72. №5. P. 2498-2499.

37. J. D. Gavenda et al. Magnetoacoustic effects in copper using surface acoustic waves. // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P. 245105.

38.B. Wolf, B. LuKthi, S. Schmidt, H. Schwenk, M. Sieling, S. Zherlitsyn, I. Kouroudis New experimental techniques for pulsed magnetic fields - ESR and ultrasonics. // Physica B. 2001. V. 294-295. P. 612-617.

39.A.V. Andreev, Y Skourski, M.D. Kuz'min, S. Yasin, S. Zherlitsyn, R. Daou, J. Wosnitza, A. Iwasa, A. Kondo, A. Matsuo and K. Kindo. Magnetic and magnetoelastic anomalies of an Er2Co17 single crystal in high magnetic fields. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 184422.

40. SubhroBhattacharjee, S. Zherlitsyn, O. Chiatti, A. Sytcheva, J. Wosnitza, R. Moessner, M.E. Zhitomirsky, P. Lemmens, V. Tsurkan and A. Loidl Interplay of spin and lattice degrees of freedom in the frustrated antiferromagnet CdCr2O4: High-field and temperature-induced anomalies of the elastic constants. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 184421.

41. S. Yasin, A.V. Andreev, Y. Skourski, J. Wosnitza, S. Zherlitsyn, and A.A. Zvyagin Magneto-acoustic study of single crystalline Ucu0.95Ge. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 134401.

42. A. Sytcheva, U. Low, S. Yasin, J. Wosnitza, S. Zherlitsyn, P. Thalmeier, T. Goto, P. Wyder and B. Luthi Acoustic Faraday effect in Tb3Ga5O12. // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P. 214415.

43.B. Wolf, A. Bruhl, J. Magerkurth, S. Zherlitsyn, V. Pashchenko, B. Brendel, G. Margraf, H.-W. Lerner, M. Wagner, B. Luthi, M. Lang Magnetoelastic and magnetothermal properties of low-dimensional quantum spin systems in high magnetic fields—a case study. // J. of Magnetism and Magnetic Materials. 2005. V. 290-291. P. 411-415.

44. A. Suslov, D. Dasgupta, J. R. Feller, Bimal K. Sarma, J. B. Ketterson Ultrasonic spectrometers for condensed matter studies at very high magnetic field. // IJMPB. 2002. V. 16. Is. 20-22. P. 3391-3394.

45. Wolf, B., Zherlitsyn, S., Luthi, B., Harrison, N., Low, U., Pashchenko, V., Lang, M., Wagner, M. Acoustic and magnetic anomalies near the saturation field of the S = 1/2 antiferromagnetic Heisenberg chain studied on a Cu (II) coordination polymer // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 092403.

46. H.J. Mc.Skimmin, P. Andreatch, Analysis of the pulse superposition method for measuring ultrasonic wave velocities as a function of temperature and pressure // J. Acoust. Soc. Am. 1962. V. 34. p.609.

47.Евстафьев А.И., Преображенский В.Л., Перно Ф., Бержанский В.Н. Низкотемпературное трехволновое магнитоупругое связывание в монокристалле FeBO3. // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия «Физико-математические науки». 2010. Т. 23. В. 62. № 3. С. 156-173.

48. O. Yevstafyev, V. Preobrazhensky, P. Pernod, V. Berzhansky, Joint European Laboratory LEMAC. Three wave coupling and explosive instability of magneto-elastic excitations in FeBO3 single crystal // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2011. V. 323. Issue 11. P. 1568-1573.

49.Зон Б.А., Купершмидт В.Я., Пахомов Г.В., Урузбаев Т.Т. // Письма в ЖЭТФ. 1987. Т. 45. В. 219.

50.Власов К.Б., Ринкевич А.Б.. Коническая рефракция упругих волн, обусловленная магнитным полем, в вольфраме и молибдене // Акуст. журнал. 2000. Т. 46. №1. С. 60-67.

51.Гуляев Ю.В., Тарасенко С.В., Шавров В.Г. Спин-волновая акустика антиферромагнитных структур как магнитоакустических материалов // УФН. 2011. Т. 181. №6. С. 595-626

52.Плешаков И.В. Параметрическое возбуждение магнитоупругих колебаний монокристаллов гематита в слабых магнитных полях // ФТТ. 2005. Т. 47. В. 9. С.1629-1623.

53.Бучельников В.Д., Васильев А.Н., Никишин Ю.А. Электромагнитное возбуждение ультразвука в антиферромагнетиках // ФТТ. 1997. Т. 39. В. 5. С. 905907.

54.Бучельников В.Д., Васильев А.Н. Электромагнитное возбуждение ультразвука в ферромагнетиках. // УФН. 1992. Т. 162. №3. С. 89-128.

55. Волошинов В.Б., Поликарпова Н.В., Можаев В.Г. Близкое к обратному отражение объемных акустических волн при скользящем падении в кристалле парателлурита. // Акуст. журнал. 2006. Т. 52. №3. С. 297-305.

56.Harris S.E. and Wallace R.W. «Acousto-Optic Tunable Filter», J. Opt. Soc. Am. 59, 1969, pp. 744-747.

57.Котов В.М. Акустооптическое умножение частоты сдвига оптического излучения на основе брегговского поляризационного расщепления //Акуст. журна. 2002. Т.48. №5. С. 649-652.

58.Капустина О.А. Пути совершенствования акустооптических преобразователей на жидких кристаллах. // Акуст. журнал. 2000. Т. 46. №3. С. 204210.

59.Антонов С.Н., Вайнер А.В., Проклов В.В., Резвов Ю.Г. Изотропная дифракция светового пучка на акустических волнах основной частоты и гармониках // Акуст. журнал. 2008. Т. 54. №5. С. 693-698.

60. Акустооптические кристаллы. Под ред. М.П. Шаскольской. - -М.: Наука.

1992.

61.Балакший В.И., Манцевич С.Н. Акустооптическая коллинеарная дифракция произвольно поляризованного света. // ЖТФ. 2011. Т. 81. В. 11. С. 106111.

62.Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь. 1985

63.Антонов С.Н., Вайнер А.В., Проклов В.В., Резвов Ю.Г. Брэгговская акустооптическая дифракция без перемодуляции при фазированном преобразователе. // ЖТФ. 2010. Т. 80. В. 9. С. 104-109.

64.Антонов С.Н., Вайнер А.В., Проклов В.В., Резвов Ю.Г. Новый акустооптический эффект — брэгговская дифракция без перемодуляции. // ЖТФ. 2009. Т. 79. В. 6. С. 119-123.

65. Рубичев Н. А. Измерительные информационные системы: уч. пос. - М.: Дрофа. 2010. 334 с.

66.Евдокимов Ю.К., Линдваль В.Р., Щербаков Г.И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. -М.: ДМК Пресс. 2007. 400 с.

67. Туров Е.А. Акустический эффект Коттона - Мутона в антиферромагнетиках. // ЖЭТФ. 1989. Т. 96. №6(12). С. 2140-2147.

68. Ожогин В.И., Преображенский. Ангармонизм смешанных мод и гигантская акустическая нелинейность антиферромагнетиков. // УФН. 1988. Т. 155. С. 593-621.

69.M.H. Seavey. Acoustic resonance in the easy-plane weak ferromagnets a-Fe2O3 and FeBO3. Solid. State Commun. 1972, Vol. 10, Iss. 2. P. 219-223.

70.Дж. Такер, В. Рэмптон. Гиперзвуквфизикетвердоготела. Мир, М. (1975).

453 с.

71.Мицай Ю.Н., Скибинский К.М., Стругацкий М.Б., Тараканов В.В. Эффекты линейного магнитоакустического двупреломления в FeBO3 // ФТТ -1997. - Т.39. - №5.

72.M.A. Urguhart, J.E. Goldman. Magnetostrictive Effects in an Antiferromagnetic Hematite Crystal. // Phys. Rev. 101, 5, 1443,1956.

73.Туров Е.А., Мирсаев И.Ф., Николаев В.В. Специфические эффекты акустического двупреломления в антиферромагнетиках. // УФН. 2002. Т. 172. №2. С. 193-212.

74.Г.А. Смоленский, Р.В. Писарев, И.Г. Синий. Двойное лучепреломление света в магнитоупорядоченных кристаллах//УФН Т. 116, 1975. Вып. 2, С. 231.

75.Р.В. Писарев, И.Г. Синий, Г.А. Смоленский. Опрокидывание магнитных подрешеток и аномалии эффекта Коттона -Муттона в ферите-гранате тербия и в гематите // Письма в ЖЭТФ 1969, Т.9, С. 294.

76. V.S. Merkulov, E.G. Rudashevskii, H. Le Gall, C. Leycuras/Investigation of birefringence in hematite under uniaxial mechanical stress in a magnetic field //JETP 1978.Vol. 75, No.2(8), P. 628.

77. V.S. Merkulov, E.G. Rudashevskii, H. Le Gall, C. Leycuras/Linear magnetic birefringence of hematite in the vicinity of the Morin temperature // JETP,1981 Vol. 53, No. 1, P.161.

78.И.М. Дзялошинский. Термодинамическая теория «слабого» ферромагнетизма антиферромагнетиков // ЖЭТФТ. 32,1957. Вып. 6, С. 1547.

79.В.С. Меркулов. Кристаллография Т. 28, вып. 3, С. 421 (1983).

80. Садыков М.Ф. Электрические, магнитооптические и магнитоакустические эффекты в магнитном полупроводнике a-Fe2O3 [Текст]:

дис.....канд. физ.-мат. наук: 01.04.10: Физика полупроводников, защищена

03.04.02: утв. 12.07.02/Садыков Марат Фердинантович. Казань, 2002. 106 с.

81. S. Jin, Т.Н. Tiefel, Thousandfold change in resistivity in magnetoresistive la-ca-mn-o films. //Science Vol. 264, Iss. 413 (1994).

82. Y. Tokura and N. Nagaosa, Orbital physics in transition-metal oxides // Science 2000. Vol. 288, Iss. 462.

83.E. Dagotto, T. Hotta, and A. Moreo. Colossal magnetoresistant materials: the key role of phase separation// Physics Reports.2001.Vol. 344, Iss. 1.

84. A. Urashibura, Y. Moritomo, T. Arima et al. Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in La1-xSrxMnO3. //Phys. Rev. В 51, 14103 (1995).

85. Y. Moritomo, A. Asamitsu, and Y. Tokura. Enhanced electron-lattice coupling in La1-xSrxMn03 near the metal-insulator phase boundary// Phys. Rev. В 56, 12190 (1997).

86. V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, A. A. Mukhin et al. Magnetic, dielectric and transport properties of La1-xSrxMn03 in submillimetr wavwlengths//JAP. 1998. - V.83, n.ll. - P.7180-7182. 200.

87. Y. Endoh, K. Hirota, S. Ishihara et al., Phys. Rev. Lett. TRANSITION BETWEEN TWO FERROMAGNETIC STATES DRIVEN BY ORBITAL ORDERING IN LA0.88SR0.12MNO3//82, 4328 (1999).

88. A.J. Millis, P.B. Littlewood, and B.I. Shraiman. Double Exchange Alone Does Not Explain the Resistivity of LabxSrxMn03 //Phys. Rev. Lett. 54, 5144 (1995).

89.E.L. Nagaev. High-temperature ferrons in magnetic semiconductors and colossal magnetoresistance materials// Phys. Rev. В 60, R6984 (1999).

90. T. Kimura, T. Goto, H. Shintani et al. Magnetic control of ferroelectric polarization.//Nature (London) 426, 55 (2003);

91.N. Biskup, A. de Andres, J.L. Martinez et al. Origin of the colossal dielectric response of Pr0.6Ca0.4MnO3 // Phys. Rev. В 72, 024115 (2005).

92. J. Rivas, J. Mira, B. Rivas-Murias et al. Magnetic-field-dependent dielectric constant in La^CabeMnOs// APL 88, 242906 (2006).

93.J.L. Cohn, M. Peterca, and J.J. Neumeier. Giant dielectric permittivity of electron-doped manganite thin films, Ca1-xLaxMnO3 (0<x<0.03)// JAP 97, 034102 (2005).

94. P. Lunkenheimer, R. Fichtl, S. G. Ebbinghaus et al. Nonintrinsic origin of the colossal dielectric constants in CaCu3Ti4Ou//Phys. Rev. В 70, 172102 (2004).

95.A. Strogis, V. Dimza. Investigation of Dark Conductivity and Optical Absorption in Reduced PLZT // Fhys. Status Solidi A 72, K57 (1982).

96.А.В. Анисимов. ЯМР-стабилизация магнитного поля измерителем магнитной индукции Ш1-1 в режиме частотной модуляции. // ПТЭ. 2009. №4. С. 177-178.

97.Ю.В. Димов. Метрология, стандартизация и сертификация. // 2-е изд. - М.: Питер. 2005. 432 с.

98. Агеева Н. Г., Громов С. В. Передовые зарубежные методы управления программой разработки изделия в авиастроении //Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. - 2014. - №. 206.

99. Shaohua Z., Guodong J., Tianfeng X. Design and analysis method for internal combustion engine mufflers based on gt-power software [j] //Automobile Technology. -2003. - Т. 7. - С. 7-10.

100. Noll C. et al. Implementation of modelisar functional mock-up interfaces in SimulationX //Proceedings of the 8th International Modelica Conference; March 20th-

22nd; Technical Univeristy; Dresden; Germany. - Linköping University Electronic Press, 2011. - №. 63. - С. 339-343.

101. Иншаков А. П., Курбаков И. И. Программный комплекс «Дизель РК» //Сельский механизатор. - 2013. - №. 12. - С. 45-45.

102. Riegler U. G., Bargende M. Direct coupled 1D/3D-CFD-computation (GT-Power/Star-CD) of the flow in the switch-over intake system of an 8-cylinder SI engine with external exhaust gas recirculation. - SAE Technical Paper, 2002. - №. 2002-010901.

103. Hooper P. R. Low Cost Possibilities for Automotive Range-Extender/Hybrid Electric Vehicles to Achieve Low CO 2 and NVH Objectives. - SAE Technical Paper, 2016. - №. 2016-01-1841.

104. Collins T. XETKs provide cost-effective support of latest high speed ECU data acquisition needs //ETAS Inc. - 2008.

105. Li C. et al. Hardware-in-the-loop engine simulation for electronic control units based on the dSPACE system //ActaArmamentarii. - 2004. - Т. 25. - №. 4. - С. 402-406.

106. Dufour C. et al. InfiniBand-Based Real-Time Simulation of HVDC, STATCOM, and SVC Devices with Commercial-Off-The-Shelf PCs and FPGAs //IEEE Industrial Electronics, IECON 2006-32nd Annual Conference on. - IEEE, 2006. - С. 5325-5331.

107. YEA Engineering. ЭБУ и двигатель внутреннего сгорания. [Электронный ресурс]. 2017. URL: http://yea-engineering.com/ru/revoke_portfolio/русский-vehicle-internal-combustion-engine-and-ecu-system/ (дата обращения: 14.03.2018).

108. Vector. Software + Services for Automotive Engineering. [Электронный ресурс]. 2017. URL: https://vector.com (дата обращения: 14.03.2018)

109. Bhide R. M. et al. Test Automation Tool for Electronic Control Unit's Software Testing // International Journal of Scientific and Engineering Research. - 2016. - Т. 7. - №. 4. - С. 1208-1210.

110. Sensors - August 2003 - Building an Engine Simulator for ECU Testing -URL: http://archives.sensorsmag.com/articles/0803/18/main.shtml (дата обращения: 23.04.2013)

111. Техника экспериментальных исследований для повышения эффективных показателей двигателей внутреннего сгорания / И. Е. Агуреев, А.П. Безгубов, Э.С. Темнов, M.;. Власов, Д. С. Лукьянов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011.Вып. 5. Ч. 3. С. 289-298.

112. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Mетоды стендовых испытаний. M.: HQK «Издательство стандартов». 2003.

113. Прокопенко Н. И. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания: учеб. пособие. СПб.: Изд-во «Лань», 2010. C. 592.

114. Ильиных Н. Д., Садковский Б. П., Пономарев А. И. Исследование и диагностика на стенде электронных систем управления двигателем с распределенным впрыском топлива //Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2015. - №. 10-5. - С. 178-181.

115. Набоких В. А. Диагностика электрооборудования автомобилей и тракторов: учебное пособие //M.: ФОРУM. - 2013.

116. Heywood J. В. Internai Combustion Engine Fundamentals: McGraw-Hill sériés in mechanical engineering Текст. / J. B. Heywood. McGraw-Hill, p. 1988.- 930

117. Sensor for inderct pressure measuring in a cylinder Текст. / BizjanFrancisek, PavleticRadislav // Strojn. vestn. 1995. - №7. - C. 211-218.

118. Оценка технического состояния двигателей внутреннего сгорания по току, потребляемому стартером при прокрутке двигателя/А.А. Бабошин, А.С. ^сарев, В.С. Mалышев//Bестник MPIT. - 2013. - Т. 16. - №. 1. - С. 33-39.

119. Береснев M. А. Алгоритм расчета угла опережения зажигания для достижения максимального давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания в целевом диапазоне // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2010. - Т. 104. - №. 3.

120. Бабошин А. А., ^сарев А. С., Mалышев В. С. Оценка технического состояния двигателей внутреннего сгорания по давлению во впускном и

выпускном коллекторах // Вестник Мурманского государственного технического университета. - 2013. - Т. 16. - №. 1.

121. Зеер В. А., Мартынов А. А. Моделирование кривошипно-шатунного механизма ДВС с отключаемыми цилиндрами //Известия Томского политехнического университета. - 2008. - Т. 312. - №. 4.

122. Численное исследование газораспределительного механизма с электрогидравлическим приводом / Березовский А.Б., Гатауллин Н.А., Зимина Л.А., Максимов А.В., Валеев Д.Х., Гумеров И.Ф., Хафизов Р.Х. // Журнал автомобильных инженеров. 2015. № 5. С. 16-22.

123. Гоц, А. Н. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей: учеб. пособие / А. Н. Гоц; Владим. гос. ун-т. - Владимир: Редакционно-издательский комплекс ВлГУ, 2005. - 124 с.

124. А.А. Гаврилов, М.С. Игнатов, В.В. Эфрос. Расчет циклов поршневых двигателей: Учеб. пособие / Владим гос. ун-т. Владимир, 2003. 124.

125. Шустров Ф.А., Петриченко Д.А. Разработка специализированного программного обеспечения для управления системой изменения фаз газораспределения. Современные проблемы науки и образования. 2013. №2. С.152.

126. Автомобильный справочник/пер. с англ. ООО «СтарСПб». -3-е изд. -М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2012. -1280 с.

127. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф. Новейшие автомобильные электронные системы: учеб. пособ. -М.: СОЛН-Пресс, 2005. -240 с.

128. Крайнюк А.И. Регулируемые системы газораспределения ДВС: монография. - Луганск: изд-во СНУ им. В. Даля, 2006. -232 с.

129. Перспективные системы управления газораспределением автомобильных двигателей/ Сазгетдинов К.М.//В сборнике: XXIII Туполевские чтения (школа молодых ученых) Международная молодёжная научная конференция: Материалы конференции. - 2017. Т.3. - С. 240-246.

130. Устройство гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания: пат. № 2561933. Рос. Федерация. № 2014122830/06: заявл. 3.06.14: опубл. 10.09.15. Бюл. № 25. 9 с. Авторы: Максимов А.В., Березовский А.Б., Гатауллин

Н.А., Зимина Л.А., Сосновский А.П., Сафин Р.Ф., Гумеров И.Ф., Куликов А.С., Хафизов Р.Х. Патент-ль: ПАО "КАМАЗ".

131. Исполнительный механизм гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания (варианты): пат. № 2561936 Рос. Федерация. № 2014123242/06: заявл. 6.06.14: опубл. 10.09.15. Бюл. № 25. 11 с. Авторы: Максимов А.В., Березовский А.Б., Гатауллин Н.А., Зимина Л.А., Сосновский А.П., Сафин Р.Ф., Гумеров И.Ф., Куликов А.С., Хафизов Р.Х. Патент-ль: ПАО "КАМАЗ".

132. Устройство гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания (варианты): пат. № 2569982. Рос. Федерация. № 2014122679/06: заявл. 03.06.14: опубл. 10.12.15. Бюл. № 34. 10 с. Авторы: Максимов А.В., Березовский А.Б., Гатауллин Н.А., Зимина Л.А., Сосновский А.П., Сафин Р.Ф., Гумеров И.Ф., Куликов А.С., Хафизов Р.Х. Патент-ль: ПАО "КАМАЗ".

133. Eckard Bringmann, Andreas Kramer, 2008. International Conference on Software Testing, Verification, and Validation. Model-based Testing of Automotive Systems, PikeTec GmbH, Germany.

134. Weeks R.W. and Moskwa J.J. (1995) Automotive Engine Modeling for Real-Time Control using MATLAB/SIMULINK. SAE paper 950417

135. F. GUSTAFSSON: Automotive Safety Systems, Replacing costly sensors with software algorithms, IEEE Signal Processing Magazine, 26(4), 2009, 32-47.

136. Schnellbacher, K.: "Rapid Measurement and Calibration utilizing the Fast ECU Access with embedded MC", 3rd International Symposium on Development Methodology, Wiesbaden, 2009

137. Kruse, T.; Kurz, S.; Lang, T.: "Modern Statistical Modelling and Evolutionary Optimisation Methods for the Broad Use in ECU Calibration", IFAC-Symposium Advances in Automotive Control, München, 2010.

138. Замыцкий О. В. Компьютерное моделирование режимов многоступенчатых турбокомпрессоров/О. В. Замыцкий//Горный информационно -аналитический бюллетень. 2001. No 11. С . 58 - 59.

139. Семенов В.М., Кондрашкин С.И., Константинов С.П. Определение динамической нагруженности трансмиссии и работы буксования муфты сцепления

при трогании автомобиля с места. - Автомобильная промышленность, 1978, №2, с.23-26.

140. А.С. Боровик-Романов, Е.Г. Рудашевский. О влиянии спонтанной стрикции на антиферромагнитный резонанс в гематите. ЖЭТФ. 1964. Т. 47. № 6. C. 2095-2101.

141. Е.А. Туров, В.Г. Шавров. Об энергетической щели для спиновых волн в ферро- и антиферромагнетиках, связанной с магнитоупругой энергией. ФТТ. 1965. Т. 7. С. 217-226.

142. Е.А. Туров, А.В. Колчанов, В.В. Меньшиков, И.Ф. Мирсаев, В.В. Николаев. Симметрия и физические свойства антиферромагнетиков. Физматлит, М. (2001). 559 с.

144. Y. Shapira. Ultrasonic Behavior near the Spin-Flop Transitions of Hematite. Physical review. 1969. Vol. 184, Iss. 2. C. 589.

145. Ожогин В. И., Шапиро В. Г. «Преждевременное» исчезновение антиферромагнитных резонансов в гематите // ЖЭТФ.— 1968.— Т. 56, №5. -С. 1737-1751.

146. Чепурных Г.К. Особенности взаимодействия магнитоупрунгих волн в одноосных антиферромагнетиках // ФТТ, 1975, Т. 17, 430.

147. L.V. Velikov, S.V. Mironov, E.G. Rudashevskii. Antiferromagnetic resonance in a-Fe2O3 in the absence of an external magnetic field // JETP, 1978, Vol. 48, No. 3, p. 559.

148. Туров Е.А. Антиферромагнитные эффекты в акустике // ЖЭТФ. 1987. Т. 92. № 5. С. 1886- 1893.

149. E.A. Turov. Exchange-enhanced photoelastic interaction and Bragg light diffraction by sound in antiferromagnets // JETP. 1990. Vol. 71, № 2, p. 365.

150. Туров Е.А. Особенности рассеяния света на звуке в легкоплоскостных антиферромагнетиках в режиме Рамана-Ната // ЖЭТФ. 1997. Т. 112, Вып. 4, стр. 1464-1475.

151. Евтихиев H.H., Мошкин В.В., Преображенский В.Л., Экономов H.A. Акустооптическая модуляция в гематите. -Письма в ЖЭТФ, 1982, т.35, в.1, с.31-34.

152. V.S. Merkulov, E.G. Rudashevskii, H. LeGall, C. Leicuras. Investigation of birefringence in hematite under uniaxial mechanical stress in a magnetic field // JETP. 1978. Vol. 48, No. 2, p. 316-322.

153. Э. Дьелесон, Д. Руайе. Упругие волны в твердых телах. М.: Наука. 1982.

154. Дамон P., Мэлони В., Мак-Магон Д. Взаимодействие света с ультразвуком: явление и его применение // Физическая акустика, Т.7: Пер. с англ. / Под ред. У.Мэзона и Р.Терстона,-М.: Мир.-1974.-С.311-426.

155. Seavey М.Н. Acoustic resonance in the easy-plane weak ferromagnets a-Fe203 and FeB03. Sol.St.Comm., 1972, v. 10, p.219-223.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА БЛОКА ВВОДА-ВЫВОДА АНАЛОГОВЫХ И

ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

5

_Ri

VD 1 VD2

R

R4

1

J~+12 В

а

R5

1 adc

2

3

4

5 i/o

Рис. А1. Электрическая схема блока ввода-вывода аналоговых и цифровых

сигналов

1

1

2

2

3

3

4

4

6

7

8

В блоке ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов разъемы ХТ3 соединены с соответствующими разъемами интерфейса USB персонального компьютера.

Приложение Б

АЛГОРИТМЫ ЭМУЛЯЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Алгоритмы ввода аналоговой информации при эмуляции двигателя внутреннего сгорания

Для обеспечения работы аппаратно-программного комплекса эмуляции двигателя внутреннего сгорания требуется вводить аналоговую информацию, формируемую электронным блоком управления.

Применяется алгоритм непрерывного сбора данных или сбор данных в реальном времени, который возвращает данные по мере их поступления, не прекращая их получения. Этот метод обычно основан на использовании схемы кольцевого буфера. После установки размера буфера плата ввода-вывода собирает и хранит данные в этом буфере. Когда буфер заполняется, программа начинает записывать данные в начало буфера (поверх ранее сохраненных данных - независимо от того были они считаны или нет). Пока система не наберет заранее определенное количество выборок, обработка данных не начинается. Непрерывный сбор данных используется для предотвращения потерь информации в процессе обработки. Производится открытие физического канала ввода данных, настройка режимов тактирования и установка размера буфера. Далее программа запускает потоковый сбор данных и входит в основной цикл. После получения указателя адреса на считанные данные запускается подпрограмма чтения данных из буфера, при этом указатель АуайБашрРегСИап - адрес буфера сбрасывается. После этого можно приступать к обработке полученных данных. В нашем случае это вывод на график одного из каналов, при этом параллельно происходит сбор данных и накопление их в буфере. После завершения обработки можно снова считывать порцию данных, используя указатель буфера и так далее. Если время обработки не превышает времени заполнения кольцевого буфера, программа работает в штатном режиме. Однако, как только буфер переполнен, возникает ошибка и происходит потеря

части данных. В нашем случае произойдет остановка работы программы, и закрытие физического канала.

Алгоритм эмуляции педали акселератора

Для обеспечения нормальной работы электронного блока управления необходимо сформировать сигналы положения педали акселератора. В качестве датчика положения используются сдвоенные переменные сопротивления, сигналы с которых считывает ЭБУ. Сравнивая сигналы между собой, ЭБУ диагностирует исправность системы. Переменное сопротивление формирует резистивный делитель напряжения, получающий питание с электронного блока управления 5 В. Таким образом, эмулятор датчика должен формировать сигнал - напряжение в диапазоне от 0 до 5 В. Для пересчета угла положения педали в напряжение мы используем подпрограмму, часть которой изображена на рис. Б1. Как видно положение нулевого угла не соответствует нулевому выходному напряжению датчика, для этого используется настраиваемая константа смещения, привязанная к типу датчика и получаемая экспериментально. Коэффициент приведения масштабирует сигнал угла положения педали. Поскольку используются радиальные формы сопротивлений, применяется линейное преобразование.

После получения величины эмулирующего напряжения, данные подаются на цифроаналоговый преобразователь.

Выходные данные 1

Выходные данные 2

Иш"

1.23Н-1

Константа смещения

Рис. Б1. Подпрограмма эмуляции датчика положения педали акселератора Алгоритм эмуляции датчика положения коленчатого вала

Электронный блок управления получает информацию о положении коленчатого вала двигателя со специфического индуктивно-магнитного датчика. Принцип его работы основан на изменении ЭДС индукции катушки при изменении магнитного потока через катушку. Катушка индуктивности сопротивлением 800 -900 Ом имеет металлический сердечник с большой остаточной намагниченностью. Таким образом, специфичные наплывы и провалы (зубцы) на шкиве коленчатого вала формируют изменение магнитного потока, что влечет за собой образование ЭДС самоиндукции на каждом переднем и заднем фронте зуба шкива коленчатого вала. При этом, возрастание частоты вращения ведет к увеличению амплитуды выходного напряжения датчика, которое на максимальных рабочих оборотах двигателя может доходить до 250 В. Анализ электронных входных цепей датчика положения коленчатого вала позволил установить, что дифференциальный сигнал датчика после цепей защиты и преобразования представляет из себя цифровой сигнал прямоугольной формы, фронты которого совпадают с переходом через "0"

Коэфициент приведения

положительного выхода датчика положения коленчатого вала. Это позволяет принципиально упростить эмулирующий сигнал датчика. Однако будущие электронные блоки управления двигателей могут иметь более сложные входные цепи. Поэтому мы остановились на полной эмуляции дифференциального сигнала датчика. Нами был разработан алгоритм подпрограммы формирования сигнала датчика, показанный на рис. Б2.

Рис. Б2. Алгоритм формирования сигнала датчика положения коленчатого вала

двигателя

При входе в подпрограмму задается количество точек эмуляции. Кроме того, задается количество точек на период эмуляции каждого "зуба" шкива коленчатого вала. Совместно с константой скорости вывода - "точки в сек" формируется проверочная переменная "Об/мин". Эмулирующий сигнал представляет собой синусоиду. Для однозначного определения положения коленчатого вала используются два спиленных зуба шкива, «привязанные» к ВМТ первого цилиндра.

Сформированный эмулирующий сигнал показан на рис. Б3.

Дифференциальный сигнал формируется из полученного выше умножения на "-1". При этом оба сигнала выдаются на два независимых ЦАП и формируют дифференциальный сигнал датчика.

Для обеспечения хорошей формы сигнала на предельных оборотах необходимо, чтобы на каждый "зуб" шкива приходилось не меньше 10 точек, при частоте вращения 6000 об/мин - 100 об/сек. т.е. 6000 "зубьев'7сек. получаем 60000 точек/сек. Минимальная скорость работы ЦАП определяется как 60 кГц.

Рис. Б3. Эмулирующий сигнал датчика положения коленчатого вала

Алгоритм эмуляции датчиков температуры

Расчетные алгоритмы ЭБУ используют несколько показателей температуры: температура охлаждающей жидкости, температура воздуха и газа, кроме того, контролируются температуры выхлопных коллекторов. В качестве датчиков температуры используются термосопротивления. Для эмуляции работы термосопротивлений мы используем зависимость изменения тока при изменении сопротивления. Таким образом, наша система будет формировать и поддерживать заданный ток, что эмулирует работу термосопротивления. Величина тока задается по кривым зависимостей величины сопротивления от температуры. Характеристика термосопротивления задается табличными данными. В случае

использования графически заданной характеристики, для определения констант, аппроксимирующих аналитические зависимости, была разработана программа автоматического поиска аппроксимирующих констант сопротивления (рис. Б4).

Первоначально открывается рисунок с характеристикой Я(Т), затем задается область привязки координат и указываются конкретные координаты левой верхней и правой нижней выделенной области. Затем выбираются точки интересующего графика, после чего программа подбирает заданное количество коэффициентов полинома для Я(Т), строит полученный полином и исходные данные. Алгоритм работы программы показан на рис. Б5.

Рис. Б4. Лицевая панель программы поиска аппроксимирующих констант

Рис. Б5. Алгоритм работы аппроксимирующей программы

Полученные константы полинома Я(Т) переносятся на аналитическую модель датчика температуры, рис. Б6.

Рис. Б6. Эмуляция датчика температуры воздуха.

Алгоритм эмуляции узла дроссельной заслонки

В алгоритме эмуляции узла дроссельной заслонки (рис. Б7) по сигналу управления от ЭБУ электрическим приводом вычисляется направление и величина смещения заслонки. По данным смещения формируется электрический сигнал, пропорциональный положению дроссельной заслонки.

Рис. Б. 7. Алгоритм эмуляции узла дроссельной заслонки

Алгоритм эмуляции датчика давления воздуха

Алгоритм (рис. Б.8) преобразует вычисленное давление воздуха во впускном коллекторе, используя линейную зависимость, в напряжение, подаваемое на электронный блок управления. Преобразование включает элементы насыщения -при превышении верхней и нижней границы на выходе будет соответственно максимальное и минимальное допустимое значение.

Рис. Б. 8. Алгоритм эмуляции датчика давления воздуха

Алгоритм эмуляции работы газового ДВС и виртуальных моделей датчиков

в среде разработки LabView

Блок-диаграмма включает два параллельно работающих цикла While Loop -цикл эмуляции датчиков двигателя (рис. Б.9) и цикл обработки сигналов от ЭБУ (рис. Б.10). Лицевая панель программы эмулятора представлена на рис. Б. 11.

Функции первого цикла реализуют операции формирования сигналов датчиков и их вывод через платы ввода-вывода. Работа цикла состоит из следующих пунктов:

• Установка параметров платы ввода-вывода

• Настройка аналоговых каналов на вывод (1).

• Разрешение перезаписи выходных сигналов (2).

• Установка начальной частоты дискретизации. Установка на продолжительный вывод (3).

• Запуск главного цикла While Loop эмуляции датчиков двигателя. Вычисление количества оборотов двигателя в минуту, а также массовый

расход воздуха в зависимости от положения дроссельной заслонки (4). Этот параметр устанавливается пользователем на лицевой панели манипулятором Knob или в окошке справа.

Рис. Б.9. Блок-диаграмма эмуляции работы газового ДВС и виртуальных моделей датчиков (начало)

Рис. Б. 10. Блок-диаграмма эмуляции работы газового ДВС и виртуальных моделей датчиков (продолжение)

Рис. Б.11. Лицевая панель программы эмуляции газового ДВС и виртуальных

моделей датчиков

В Подпрограмме №1 происходит формирование сигналов положения коленчатого вала и фазы, вычисление частоты дискретизации в зависимости от оборотов двигателя (5).

Установка частоты дискретизации (6).

Сигналы положения коленчатого вала, массового расхода воздуха, дроссельной заслонки и фазы записываются в выходной буфер (7).

Проверка на условие первого запуска цикла. Инициализация аналоговых выводов платы ввода-вывода (работает только при первом запуске) (8).

Проверка на условие завершения цикла. Работа цикла продолжается пока пользователь не нажмет кнопку STOP или не возникнет ошибка (9).

• Завершение цикла

Отключение платы ввода-вывода (10).

Если возникла ошибка, пользователь увидит сообщение о возможных причинах неисправности (11).

Цикл обработки сигналов от ЭБУ выполняет обработку управляющих воздействий параллельно первому циклу. Работа цикла включает следующие элементы:

• Инициализация платы цифрового ввода

Настройка цифрового входа на ввод (12).

Инициализация цифрового входа платы ввода-вывода (13).

• Старт главного цикла While Loop обработки сигналов от ЭБУ.

Проверка на условие завершения цикла до тех пор, пока пользователь не

нажмет кнопку STOP или не возникнет ошибка (14).

Считывание цифрового канала состояния форсунок. Состояние определяется по переходу с высокого на низкий уровень сигнала (15).

Вычисление времени впрыска в Подпрограмме №2 (16).

Вывод информации на лицевую панель (17).

• Завершение цикла

Отключение платы ввода-вывода (17).

Если возникла ошибка, пользователь увидит сообщение о возможных причинах неисправности (18).

Алгоритм подпрограммы №1

• ВП Square Waveform вычисляет сигнал положения фазы (1).

• ВП Shine Waveform вычисляет синусоидальный сигнал в начале, количество колебаний которого равно количеству зубьев на коленчатом вале (2).

• ВП Shine Waveform вычисляет форму опорного импульса (3).

• Опорный импульс пристыковывается в конец синусоиды (4).

Рис. Б.12. Блок диаграмма подпрограммы №1

Частота 1

i Г1Г1П 1ПППП Waveform G Plot 0 J л

±uuu 4 / raph

i ! 3 110 1,5 -

/л f

W i 1-

100 100000

0,5-

Амплитуда фаза синусоиды "O

й 1,00 > ) ISO +J 0-

5 "5.

E

ч 0,5-

À

fifi

zJ

-1-

л. 9 42 опорного импульса

58 5.3157895. 1 4 5,6 -r:___ IHI 5, 8 1 6 i

Точек на зуб i imt

á in it iTSrf ;rftii

:J и » a tz

Ампл. сигнала фазы signa out

il 5 .. ПГ э —

?J to

фаза сигнала фазы 00:00:00 nn MM WW 1 0

/■V vJ 7 dt

J — — |~Ô

i,UU |~0

duty cycle [%

á гi 6 1 0

zc

JJ.

Fs #5

0 0

Рис. Б. 13. Лицевая панель подпрограммы №1

Алгоритм подпрограммы №2 В подпрограмме идет проверка, изменился ли входной сигнал форсунки (data in), поступающий с цифрового вывода (1). Затем вычисляется время пребывания входного сигнала на низком уровне (2).

Рис. Б.14. Блок диаграмма подпрограммы №2

Приложение В

ДАТЧИКИ

Эмуляция дефектов датчика положения коленчатого вала

Схема, приведенная на рис. В1 эмулирует сигнал датчика положения коленчатого вала [А33]. Выход ЦАП усиливается усилителем низкой частоты (УНЧ), выход которого гальванически развязан трансформатором. Клеммы Р17, 1 и 2 подключаются к ЭБУ вместо ДПКВ.

Рис. В.1. Принципиальная схема эмуляции датчика положения коленчатого вала

Выходные цепи снабжены двумя релейными контактами для создания аварийной ситуации разрыва и короткого замыкания цепей датчика положения коленчатого вала. Схема УНЧ выполняется на интегральном усилителе мощности TDA2030.

Конденсатор С5 является разделительным. Цепь, составленная из элементов Я25, Я24 и C7 формирует цепь отрицательной обратной связи по переменному току, которая определяет коэффициент усиления. Здесь резисторы Я25 и Я24 образуют делитель напряжения, а Конденсатор C7 является разделительным. Уменьшение номинала резистора Я24 увеличивает коэффициент усиления, а уменьшение наоборот.

Диоды VD10 и VD11 защищают выходной каскад от пробоя при работе на индуктивную нагрузку. Конденсаторы C3, C4, C8, C9 являются блокировочными. Цепь Я23, C6 служит для предотвращения самовозбуждения устройства.

Эмуляция датчика фазы

Принципиальная схема эмуляции датчика положения газораспределительного вала приведена на рис. В. 2

Эмуляция тока потребления схемы датчика производится резистором Я7. Номинал резистора Я7 необходимо выбрать приблизительно 330 Ом. Я6 эмулирует выходное сопротивление датчика. Цепь управления эмулятором защищена резистором Я8 и стабилитроном VD2. Резистор Я9 необходим для защиты от статического напряжения затвора ключевого транзистора Q1B. Транзистор замыкает выход датчика на землю, таким образом, происходит эмуляция импульса датчика.

Рис. В.2. Принципиальная схема эмуляции датчика положения газораспределительного вала

Эмуляция датчика привода дроссельной заслонки и педали акселератора

Схема привода дроссельной заслонки приведена на рис. В.3 Сопротивление обмотки двигателя дроссельной заслонки эмулируется сопротивлением R10. Сигнал с обмотки через защитную цепочку R8, D2, R9 поступает в АЦП блока ввода вывода. Сигнал о текущем положении заслонки передается с двух ЦАП через защитные цепи R11, D3 и R12, D4.

сш

Рис. В.3. Принципиальная схема эмуляции привода дроссельной заслонки

Положение педали акселератора (рис. В.4) эмулируется двумя ЦАП. Сигналы положения подключены через защитные цепочки R17, D6 и R18, D7 для защиты ЭБУ от перенапряжений.

Р12 ЦАП

3 -

2 -

1

сыо

сыо

Рис. В.4. Принципиальная схема эмуляции педали акселератора Эмуляция датчика температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости изображен на рис. В.5. Для эмуляции термосопротивления датчика применен полевой транзистор. Для линеаризации его ВАХ применен ОУ, охваченный ООС. Сопротивление Я7 включено в качестве измерительного шунта. Сигнал ООС снимается с делителя Я5, Я6. Выход термодатчика может обрываться и замыкаться на землю при помощи соответствующих реле.

Рис. В.5. Принципиальная схема эмуляции датчика температуры охлаждающей жидкости

Эмуляция датчика давления и температуры газа

Принципиальная схема эмуляции датчика давления и температуры газа показана на рис.В.6.

Ток потребления эмулируется резистором R1. Термосопротивление датчика эмулируется полевым транзистором, включенным по схеме управляемого сопротивления. Для линеаризации характеристики управления транзистора применен операционный усилитель с ООС. R4 служит для установки минимального значения термосопротивления и одновременно для получения ОС ОУ. Выходная цепь термосопротивления может размыкаться от цепей управления и замыкаться на землю для имитации дефектов обрыва и КЗ соответственно.

Рис. В.6. Принципиальная схема эмуляции датчика давления и температуры газа

В выходную цепь датчика давления поступает сигнал с ЦАП через резистор R5. Для защиты цепи от перенапряжений применен стабилитрон VD1. Для имитации обрыва и КЗ датчика применены реле.

Эмуляция датчика давления и температуры нагнетаемого в двигатель воздуха

Электрические параметры датчика нагнетаемого в двигатель воздуха аналогичны электрическим параметрам датчика газа. Схема сопряжения приведена на рис. В.7.

Эмуляция электромагнитного дозатора газа

Дозатор эмулируется схемой на рис. В.7. Резистор R30 служит для эмуляции нагрузочного сопротивления исполнительного механизма. Сигнал с датчика передается через защитные цепи R8, D8 и R9, D9 на операционном усилителе (ОУ), превращающем дифференциальный сигнал в однополярный для дальнейшего

измерения. Подтягивающие резисторы Я20, Я31 смещают напряжение на входах ОУ, инвертирующий вход - в сторону питания, не инвертирующий - к потенциалу земли. Реле К16, К17 служат для создания КЗ и разрыва цепи исполнительного механизма. С1, С2 - блокировочные конденсаторы. Выходное напряжение ОУ через делитель собранный на Ю9, Я21 подается на АЦП УВВ.

GND

Рис. В.7. Принципиальная схема эмуляции электромагнитного дозатора газа

Эмуляция катушек зажигания

В системе зажигания ТВС газового двигателя применяются стандартные катушки зажигания.

Схема ввода аналогична схеме дозатора.

Эмуляция датчика температуры коллектора

Датчик температуры коллектора представляет собой термопару. Для эмуляции ЭДС применен УНЧ с трансформаторной гальванической развязкой. Вторичная обмотка трансформатора имеет среднюю точку и подключена к двухплечевому выпрямителю на быстродействующих диодах Шоттки. Данная

схема эмулирует низкое выходное сопротивление термопары при достаточно простом управлении от ЦАП (рис. В.8).

Ш2

(¡N0 0№

Рис. В.8. Принципиальная схема эмуляции датчика температуры коллектора

Выход термопары может разрываться и замыкаться с помощью реле для эмуляции дефектов.

Эмуляция релейных контактов и выключателей бортовой системы

Датчики педали сцепления, педали тормоза, запрос моторного тормоза, выключатель круиз контроля, запрос диагностики эмулируются соответствующими реле, как показано на схеме (рис. В.9).

Р8 ЭБУ

Рис. В.9. Схема релейных контактов и выключателей бортовой системы

Приложение Г

МОДУЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ

Для эмуляции дефектов датчиков и исполнительных механизмов используются малогабаритные реле (рис. Г.1). Плата, на которой находится контроллер, управляющий обмотками данных реле (модуль формирования дефектов). Контроллер состоит из микроконтроллера и цепей транзисторных ключей. Ключи непосредственно коммутируют ток на обмотки реле. Микроконтроллер с УВВ связан последовательным интерфейсом для считывания команд управления реле.

Рис. Г.1. Схема транзисторных ключей

Рис. Г.2. Схема модуля

формирования дефектов

Приложение Д

МОДУЛИ ПРОГРАММ АМУ-2

Рисунок Д.1. Блок-диаграмма модели дроссельной заслонки: N - частота вращения коленчатого вала; ETpos - текущее положение дросселя; PcT - давление в выпускном трубопроводе турбины; Pk - давление во впускном коллекторе;

dt - шаг интегрирования.

Рисунок Д.2. Блок-диаграмма моделирования топливной форсунки: Qcm - цикловая топливоподача, мг/ц; N - частота вращения коленчатого вала, 1/мин; Pk - давление во впускном коллекторе, кПа; Та - температура воздуха в коллекторе, °С; Pg - давление газа в рампе, кПа; Tg - температура газа в рампе, °С; Tinj - длительность импульса впрыска, мс ; Ш - напряжение бортовой сети, В;

Рисунок Д.3. Блок-диаграмма определения механических потерь: Tw - температура охлаждающей жидкости (ОЖ), °С; EngWrkTime - время работы двигателя, ч; N - частота вращения коленчатого вала, 1/мин; Мёгс - момент

механических потерь, №м ;

Рисунок Д.4. Блок моделирования маховых масс: J - момент инерции; M - эффективный крутящий момент, Нм; angle - угол поворота коленчатого вала от ВМТ; omega - угловая скорость вращения коленчатого вала; phi - массив фазовых углов каждого цилиндра относительно ВМТ;

Рисунок Д.5. Блок-диаграмма формирования индикаторного крутящего момента:

angle - угол поворота коленчатого вала от ВМТ; Adv - время зажигания; Mkr - индикаторный крутящий момент, Нм; Qcm - цикловая топливоподача, мг/ц;

CNUM - число цилиндров.

Рисунок Д.6. Блок-диаграмма модели стартера: Ua - напряжение бортовой сети, В; Mst - пусковой момент стартера, №м; Rst - сопротивление питающей цепи стартера, Ом; Ist - пусковой ток стартера, А; i_st_red - коэффициент редуктора стартера; w_st_max - максимальная скорость холостого хода стартера, рад/с;

start - ключ запуска двигателя

Рисунок Д.7. Блок-диаграмма модифицированной модели двигателя: Qcm - цикловая топливоподача, мг/ц; N - частота вращения коленчатого вала, 1/мин; Mkr - индикаторный крутящий момент, Нм; Mfrc - момент механических потерь, Нм; Mc - момент нагрузки, Нм; Ta - температура воздуха в коллекторе, °С; Pg - давление газа в рампе, кПа; Tg - температура газа в рампе, °С; angle - угол