Диссертация (Метод разрботки законов управления нагружателем рулевого колеса при отсутствии жёсткой связи в системе управления поворотом колёсных машин)

Московский государственный технический университетимени Н.Э. Баумана___________________________________________________________________________________На правах рукописиБузунов Николай ВикторовичМЕТОД РАЗРАБОТКИ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯНАГРУЖАТЕЛЕМ РУЛЕВОГО КОЛЕСА ПРИОТСУТСТВИИ «ЖЕСТКОЙ» СВЯЗИ В СИСТЕМЕУПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТОМ КОЛЕСНЫХ МАШИНСпециальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машиныДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель д.т.н., профессорКотиев Георгий ОлеговичМосква - 20172СодержаниеСтр.Перечень используемых сокращений .............................................................

5Введение ................................................................................................................ 7Глава 1. Состояние вопроса. Постановка задач исследования ............... 171.1.Обзоррулевыхсистемобъектовколеснойтехники.Проблематика разработки систем рулевого управления вотсутствии «жесткой» связи рулевого и управляемых колес .......... 171.2.Понятие имитационного математического моделирования врежиме «реального времени» .............................................................. 241.3.

Имитационное математическое моделирование динамикиколесных машин в отечественной и зарубежной практике.Применениеимитационногомоделированияприисследовании автоматизированных систем рулевых систем вотсутствии «жесткой» связи рулевого и управляемых колес .......... 311.4.Порядокразработкиприменениембортовыхимитационныхсистемуправленияматематическихсмоделей«реального времени» ............................................................................

53Глава 2. Математическая модель «реального времени» плоскогокриволинейного движения колесной машины ........................................... 582.1.Имитационнаяматематическаямодель«непрерывноговремени» динамики плоского криволинейного движенияколесной машины ................................................................................. 582.2.Выборчисленногометодареализацииимитационнойматематической модели плоского криволинейного движенияколесной машины для работы в режиме «реального времени»....... 702.3.Определениепараметровмоделированияиобластиадекватной работы модели «реального времени» ............................. 753Стр.2.4.Анализ результатов численного интегрирования в режимевремени»«реальногоимитационноймоделидинамикиколесной машины .................................................................................

82Глава 3. Экспериментальные исследования ............................................. 1093.1.Цель и объект исследования .............................................................. 1093.2.Условияиметодикапроведенияэкспериментальныхисследований ....................................................................................... 1183.3.Аппаратурно-измерительный комплекс ........................................... 1233.4.Результатыэкспериментальныхисследований.Оценкаадекватности и точности предложенной модели ............................

1253.5.Выводы по главе 3 .............................................................................. 139Глава 4. Порядок разработки бортовой системы управленияэлектронагружателем рулевого колеса в отсутствии опытногообразца изделия ............................................................................................... 1414.1.Описание общего подхода к проектированию бортовойсистемы управления электронагружателем рулевого колеса сприменением метода разработки на основе модели «реальноговремени» .............................................................................................. 1414.2.Этап 1 метода разработки.

Работа по схеме «Виртуальнаясистема управления – Виртуальный объект» .................................. 1464.3.Этап 2 метода разработки. Работа по схеме «Реальная системауправления – Виртуальный объект» .................................................

1484.4.Этап 3 метода разработки. Работа по схеме «Реальная системауправления – Реальный объект»........................................................ 1544.5.Реализацияметодаразработкизаконовуправленияэлектронагружателем рулевого колеса ............................................. 1554Стр.Глава 5. Исследование базового закона управления нагружателемрулевого колеса с использованием метода разработки...........................

1575.1.Описаниеприкладногопримененияметодаразработкис целью определения параметров базового закона управлениянагружателем рулевого колеса .......................................................... 1575.2. Анализ реактивного момента на рулевом колесе привыполнениивиртуальногоманевратипа«Переставка SП = 20 м» ...................................................................... 1585.3. Анализ реактивного момента на рулевом колесе привыполнении виртуального маневра типа «Рывок руля» ................. 1645.4.Результаты применения на практике метода разработкизаконов управления нагружателем рулевого колеса .......................

168Основные результаты и выводы по работе ............................................... 171Список литературы ........................................................................................ 1745Перечень используемых сокращенийАБС – антиблокировочная системаБИУС – бортовая информационно-управляющая системаГИ – государственные испытанияГОРУ – гидрообъемное рулевое управлениеЗИ – заводские испытанияИММРВ МКШ – имитационная математическая модель «реальноговремени» криволинейного движения многоосного колесного шассиКД – конструкторская документацияКМ – колесная машинаКПП – коробка переключения передачМВИ – межведомственные испытанияМКШ – многоосное колесное шассиНИР – научно-исследовательская работаНСК – неподвижная система координатОКР – опытно-конструкторская работаОО – опытный образецОСРВ – операционная система реального времениПД – программная документацияПИ – предварительные испытанияПК – персональный компьютерПО – программное обеспечениеПСИ – приемо-сдаточные испытанияПСК – подвижная система координатРК – рулевое колесоРСП У – регулируемое смещение полюса рулевого управления взависимости от угла поворота рулевого колеса6РСП УС – регулируемое смещение полюса рулевого управления взависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости движенияколесной машиныСУ – система управленияСУ ЭНРК – система управления элекронагружателем рулевого колесаСЧ ОКР – составная часть опытно-конструкторской работыТЗ – техническое заданиеТТ – технические требованияТТЗ – тактико-техническое заданиеЦМ – центр масс колесной машиныЭД – эксплуатационная документацияЭИММ – «эталонная» имитационная математическая модельЭРК – электронагружатель рулевого колеса7ВведениеСовершенствование требований по безопасности, управляемости иустойчивости колесных машин приводит к широкому использованиюэлектронных модулей в составе различных систем и агрегатов транспортногосредства.

Не являются исключением и системы рулевого управления, длякоторых в настоящее время наблюдается переход от традиционныхвспомогательных функций электронных компонентов к непосредственномуучастиюавтоматизированныхсистемприосуществленииповоротауправляемых колес. Данный функционал оказывается особенно актуальнымдля схем рулевого управления с поворотом задней оси и схем с всеколеснымрулевым управлением [20, 55]. Включение в состав рулевых системэлектронных модулей обеспечивает возможность реализации независимыхприводов поворота каждого колеса, а также изменение законов рулевогоуправления в зависимости от текущих условий движения транспортногосредства.

Представленный функционал отражает адаптивные свойстваавтоматизированных рулевых систем, что является одной из основныхтенденцийразвитиясистемуправлениякриволинейнымдвижениемколесных машин.Для длиннобазовых транспортных средств с большим числомуправляемых колес и значительным их удалением от рулевого колесареализация рулевых систем при наличии механической связи рулевого иуправляемых колес вызывает значительные технические трудности, несмотряна высокую степень надежности данного типа рулевого управления.

Данныйфакт связан с большим числом рулевых тяг и шарниров, в связи с чемповышается масса элементов рулевого управления и снижается жесткостьрулевого привода [2]. Помимо этого, для рассматриваемого типа рулевогоуправления весьма серьезной конструкторской задачей является реализациязаконов управления поворотом колес с регулируемым смещением полюсарулевого управления.8Альтернативой данному типу рулевого управления может являтьсягидрообъемное рулевое управление (ГОРУ).

В системах рулевого управленияданного типа одним из основных элементов является насос-дозатор,представляющий собой обратимую гидравлическую машину. Данный узел,помимо обеспечения преобразования угла поворота рулевого колеса всоответствующий угол поворота управляемых колес и снижения усилий нарулевом колесе при выполнении маневра, позволяет формировать моментсопротивления на рулевом колесе ввиду своей обратимости.ГОРУпредставляетсобойгидравлическуюпередачувысокогодавления, что обуславливает повышенное внимание к надежности ибезопасности ее эксплуатации. В этой связи ГОРУ не рекомендовано кприменению на транспортных средствах, скорость движения которых выше50 км/ч.Представленныефактыспособствуютприменениюнарассматриваемых колесных машинах автоматизированных рулевых систем вотсутствии кинематической «жесткой» связи рулевого колеса (задатчикауправляющего воздействия) и управляемых колес.

Поворот управляемыхколес в данном случае может осуществляться как с использованиемэлектрического привода, так и с использованием гидравлического приводаследящего действия, выработка управляющих воздействий для которыхвыполняется автоматизированной электронной системой управления всоответствиистекущимзакономкриволинейногодвижения[151].Особенностью данных рулевых систем является необходимость применениядополнительных компонентов с целью создания на рулевом колесереактивного момента сопротивления повороту рулевого колеса водителемдля обеспечения информативности рулевого управления и реализации такназываемого«чувствадороги»[98].Непосредственноформированиемомента сопротивления осуществляется при помощи электромашины,монтируемой на конце рулевого вала. Управление электронагружателем9выполняется при помощи электронного блока на основе микропроцессорнойсистемы.Дляподобныхособенность:вспомогательных систем характерна следующаявыполнениеотладочныхмероприятийуправляющейпрограммы, проверка правильности функционирования аппаратной части, атакже отработка и корректировка базовых законов управления (в данномслучае – закона формирования момента сопротивления) могут бытьпроизведены в полном объеме только непосредственно на объекте.