Диссертация (Автоматизация управления муфтами блокировки дифференциалов в трансмиссии многоосной колёсной машины), страница 10

В качестве критериев выключения муфт блокировокдифференциалов можно рассматривать такие критические режимы движения,при которых происходит увеличение радиуса поворота по сравнению сдифференциальной схемой трансмиссии вследствие явлений увода шин, чтонапрямую связано с безопасностью движения.93Кроме того, при движении по скользким опорным основаниям,увеличение радиуса поворота может происходить на низких скоростях и прималых углах поворота рулевого колеса. Также на увеличение радиуса поворотавлияет схема блокированной трансмиссии.Предлагаемыйметодформулировкиусловийвыключениядифференциалов основан на определении режимов движения, при которыхнаблюдается увеличение радиусов поворота КМ, путём имитационногоматематического моделирования.Численные исследования проводились с использованием имитационнойматематической модели криволинейного движения КМ 8х8, описанной в даннойглаве.Предлагаемый метод основан на следующем алгоритме:1)определениефактическогорадиусаповоротаКМсдифференциальной трансмиссией по твёрдой опорной поверхности прификсированном угле поворота управляемых колёс и скорости движения путёмматематического моделирования;2)определение скорости движения во всех вариантах блокированнойтрансмиссии, при которой наблюдается увеличение радиуса поворота на 10% посравнению с криволинейным движением с дифференциальной трансмиссией притом же фиксированном значении угла поворота управляемых колёс по твёрдойопорнойповерхности.Скоростидвиженияопределяютсяпутёмматематического моделирования движения КМ по следующим типам ОП:«грунтовое основание», «снег»;3)численный эксперимент проводится для различных углов поворотауправляемыхколёс,темсамымформируютсяобластисохраненияблокированных связей для каждого сочетания блокированных связей втрансмиссии с учётом скорости движения и поворота управляемых колёс.Рассмотрим отдельно каждый пункт представленного алгоритма.94Алгоритмпроведениячисленногоэкспериментаопределенияфактического радиуса КМ при движении по твёрдой ОП с полностьюдифференциальной трансмиссией следующий:1)устанавливается начальная скорость движения 15 км/ч, котораяподдерживается постоянной при совершении поворота.

Регулирование скоростидвижения осуществляется посредством ПИД-регулятора, входом в которыйявляется разность между текущей и требуемой скорости движения, а выходом –положение педали акселератора;2)определяетсяфактическийрадиусповоротадляразличныхположений управляемых колёс.Полученная кривая (Рис. 4.12) является эталоном для сравнения радиусаповорота при блокированной трансмиссии на различных типах ОП.Алгоритм проведения численного эксперимента определения скоростейдвижения, при которых наблюдается увеличение радиуса поворота, следующий:1)в имитационной математической модели криволинейного движенияустанавливается требуемая схема блокированной трансмиссии, причём порядоки количество включённых блокировок соответствует закону включения муфтблокировки дифференциалов, описанному ранее;2)устанавливается начальный угол поворота управляемых колёс (3градуса) и начальная скорость движения (5 км/ч);3)устанавливаются параметры взаимодействия с ОП («снег» или«грунтовое основание»);4)проводятсячисленныеэксперименты,втечениекоторыхпосредством постепенного увеличения скорости движения фиксируетсяскорость, на которой фактический радиус поворота больше эталонного(Рис.

4.19) на 5% и 10 % при заданном угле поворота управляемых колёс;5)после нахождения требуемой скорости, увеличивается угол поворотауправляемых колёс и производятся численные эксперименты, указанные впункте 4);956)после получение набора точек для выбранной схемы блокировкитрансмиссии получают точки для других схем блокированной трансмиссии;7)алгоритм проведения численного эксперимента повторяется длядругого типа опорного основания.Врезультатеполученныхданныхчисленногоэкспериментаформируются кривые, ограничивающие области сохранения блокированнойУгол поворота управляемых колёс, град.связи для каждой схемы блокированной трансмиссии (Рис.

4.20).Рис. 4.19. Увеличение радиуса поворота при блокированной трансмиссииИз анализа полученных кривых делаются следующие выводы:1)включение муфт блокировки межтележечного и межосевыхдифференциалов как вместе в любом сочетании, так и по отдельности оказываетодинаковое влияние на управляемость КМ;2)включениемуфтблокировкимежколёсныхдифференциаловпередней и задней тележки оказывает одинаковое влияние на управляемость КМ;963)увеличение радиусов поворота более чем на 10 % при полностьюблокированной трансмиссии происходит при минимальной скорости движенияи при любом положении угла управляемых колёс больше нуля;4)скорости увеличения радиусов поворота для ОП типа «снег»оказываются ниже, чем при движении на ОП типа «грунтовое основание».Рис.

4.20. Зависимость скорости увеличения радиуса поворота колёсноймашины от угла поворота управляемых колёс исхемы блокированной трансмиссииОтметим также, что увеличение радиусов поворота при движении по ОПтипа«грунтовоеоснование»свключённымимуфтамиблокировкимежтележечного и межосевых дифференциалов наблюдается при достаточновысокой скорости (50 км/ч и выше). На данной скорости движение многооснойКМ по пересечённой местности маловероятно. Поэтому при формулировкезакона выключения муфт следует ориентироваться на кривые, полученные придвижении по ОП типа «снег».Законвыключенияблокировкидифференциаловможетбытьсформулирован на основе полученных кривых, представленных на Рис. 4.20.

Вэтом случае область сохранения блокированных связей находится под кривыми,а область выключения – соответственно справа и сверху кривых. Это означает,97что при превышении углом поворота управляемых колёс и скоростью движенияКМ значений, лежачих на полученных кривых, система управления должнавыключить соответствующие муфты блокировки дифференциалов.На основе проведённого анализа полученных кривых сформулируемзакон выключения муфт блокировки дифференциалов для КМ 8х8 (Рис. 4.21):при полностью блокированной трансмиссии выключаются сначала муфтыблокировки межколёсных дифференциалов при превышении скорости более 10км/ч, при превышении скорости более 40 км/ч или увеличения угла поворотауправляемых колёс более 15 градусов выключаются муфты блокировок всехдифференциалов.Рис. 4.21.

Условия выключения блокировки дифференциалов для КМ 8х8Переход от полученной формы области сохранения блокировкидифференциалов (Рис. 4.20) к прямоугольной обусловлено упрощениемалгоритма системы управления. При тестировании разработанного закона надействующих образцах КМ форма границ сохранения блокировки можетменяться.Рассмотренныйкритерийразблокировкиучитываеттолькоуправляемость колёсной машины в предельных режимах, но не учитываетнагруженность трансмиссии в результате проявления эффекта циркуляциимощности. Однако область сохранения блокированной связи достаточно мала98(скорость 40 км/ч, угол поворота управляемых колёс – 15 градусов), чтосущественно снижает вероятность выхода из строя элементов трансмиссии.В общем случае метод получения закона управления муфтамиблокировкидифференциаловтрансмиссииподразумеваетреализациюалгоритма, показанного Рис.

4.22.Рис. 4.22. Алгоритм метода определения закона управления муфтамиблокировки дифференциаловПриведённая методика определения условий включения и выключенияблокированных связей в трансмиссии применима и к другим типам колёсныхмашин с различными колёсными формулами. Для использования предложенногометодатребуетсяразработатьматематическуюмоделькриволинейногодвижения КМ для требуемой схемы трансмиссии и параметров рулевогоуправления.994.4. Имитационная математическая модель системы управления муфтамиблокировки дифференциалов трансмиссииДля оценки эффективности разработанного закона управления муфтамиблокировки дифференциалов была разработана математическая имитационнаямодель системы управления трансмиссией, интегрированная в математическуюимитационную модель криволинейного движения КМ 8х8 (Рис. 4.23).Рис.

4.23. Блок системы управления в среде Matlab/SimulinkВходными параметрами для системы управления являются скоростьдвижения , которая определяется по датчику скорости вращения выходноговала коробки передач, угол поворота управляемых колёс р , которыйфиксируется датчиком положения, встроенного в рулевую колонку и скоростивыходныхваловдифференциаловтрансмиссии,определяемыесоответствующими датчиками.Выходами блока системы управления является сигналы включения ивыключения муфт блокировки дифференциалов.На Рис. 4.24 показана схема формирования закона управления муфтамиблокировки дифференциалов в среде Matlab/Simulink, полученная с помощьюмодуля разработки конечных автоматов Stateflow [49, 50, 51].На Рис.

4.25 показана структура блока Stateflow. В каждом блокесостояния указывается количество включённых дифференциалов, переход100между блоками происходит по условиям, которые реализуют закон управлениямуфтами, разработанный ранее.Рис. 4.24. Имитационная модель системы управленияРис. 4.25. Содержание блока Stateflow101Для проверки системы управления была разработана имитационнаяматематическая модель опорной поверхности «Микст» (Рис. 4.26).Рис. 4.26. Опорное основание «микст»Опорное основание «Микст» моделируется с помощью блока «Mixt»,блок-схема которого показана на Рис.

4.28. В качестве входа данной подсистемыиспользуются координаты центра тяжести x и у, а также угол поворотаотносительно начального положения КМ. Внутри блока осуществляется расчёткоординат колёс и расчёт коэффициентов сцепления в продольном и боковомнаправлении под каждым колесом.Для имитации сложных условий для участков «лёд со снегом» выбраныследующие параметры опорной поверхности:  sx max = 0,1;  sy max = 0,1; S 0 =0,05; f = 0,1.На Рис. 4.27 показана траектория движения КМ 8х8 по порономуоснованию типа «Микст».Движение КМ по опорному основанию «Микст» осуществляется сначальной скоростью 10 км/ч и углом подъёма ОП 2 градуса. Траекториядвижения реализуется с помощью закона управления углом поворота102управляемых колёс, который задаётся функцией от времени, представленной наРис.

4.29. Движение моделируется на внешней скоростной характеристикедвигателя на одной передаче в коробке передач. Задаётся временной интервалчисленного эксперимента. После проведения расчёта сравниваются скоростидвижения и пройденный путь за время расчёта.Рис. 4.27. Траектория движение по опорному основанию «микст»Рис. 4.28. Блок-схема блока «Mixt»103Рис.

4.29. Закон изменения угла поворота управляемых колёс от времениНа Рис. 4.30 показаны результаты численного эксперимента движенияКМ по опорному основанию типа «Микст». Моделирование производилось длячетырёхтиповдифференциальнаятрансмиссии:полностьютрансмиссия,блокированнаяблокировкавсехтрансмиссия,межколёсныхдифференциалов, автоматическая блокировка с использованием разработанногозакона управления муфтами включения блокировки дифференциалов.

На Рис.4.30 графики, описывающие изменения коэффициента сцепления с ОП подколёсами и статус блокировки представлены для трансмиссии с автоматическойблокировкой дифференциалов.Наиболее высокая скорость движения в конце временного интерваламоделирования наблюдается при использовании автоматической системыуправления муфтами блокировки дифференциалов трансмиссии. Как видно изграфиков, изменение условий сцепления привело к включению блокировкимежтележечного и межосевых дифференциалов, межколёсные дифференциалыпри этом не блокировались.Движение с полностью заблокированной трансмиссией происходит сменьшей скоростью по сравнению с автоматической системой блокировки.104Такой результат объясняется увеличением сопротивления движению приполностью блокированной трансмиссии при совершении манёвра.Движение с дифференциальной трансмиссией характеризуется меньшейскоростью движения по сравнению с полностью блокированной трансмиссией,но более высокой по сравнению с блокировкой муфт всех межколёсныхдифференциалов.