Диссертация (1024753), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Расчетная222схема общей математической модели взаимодействия колесного движителя сдеформируемым основанием представлена на Рисунке 5.9.Рисунок 5.9.Расчетная схема движения колесаУравнение прямолинейной динамики колеса примет вид:I k k Tk T ( R z ) T ( R x )(5.20)В соответствии с формулой (5.20) момент нагрузки на колесеопределяется моментом сопротивления качению колеса и моментом, которыйсоздает тангенциальная составляющая силы взаимодействия колеса с опорнымоснованием.
Tload может быть рассчитан следующим образом:Tload Rz rk f 0 где:f0(5.21)– коэффициент сопротивления качению колеса в ведомом режиме,–коэффициент продольной силы или коэффициент сцепления эластичногоколеса с опорной поверхностью дороги, определяется в соответствии спринятой s - диаграммой в данных условиях качения, по величинеотносительного продольного скольженияSв контакте шины с дорогой;радиус качения эластичного колеса без учета внешнего скольжения.Дифференциальное уравнение движения корпуса машины имеет вид:rk–223mаВеличинаdVа Rx i F f i Fдн Fкрdt,буксования,определяющего(5.22)параметрывзаимодействиякаждого колеса с опорным основанием, зависит от двух фазовых координат:действительной угловой скорости колеса и линейной скорости центра масс ТС.В рассматриваемой модели корпус и оси вращения колес соединены жестко,следовательно, при движении испытывают одинаковые перемещения, скоростии ускорения.
Таким образом, выражение для определения коэффициентавнешнего скольжения имеет вид:s 1Va.wk rk(5.23)Сцепление колеса с грунтом и сопротивление качению колеса такжеявляютсяфункциямидвухпеременных.Посколькувышеназванныйкоэффициент входит и в уравнение движения центра масс транспортногосредства и в уравнения движения колес, то они представляют собой системууравнений, решение которых должно осуществляться совместно.Продольная реакция колеса с опорным основанием R x определяетсяследующим образом:Rx RzгдеRz(5.24),– вертикальная реакция в пятне контакта колеса с опорнойповерхностью, – функция сцепления.Коэффициентвзаимодействияколесасопорнойповерхностью,определяющий тягу в пятне контакта может, например, определяться позависимости: SБ Sign( S Б ) max (1 eSOгде Sб – коэффициент буксования колеса; (5.25)),max– максимальное значениекоэффициента силы сцепления колеса с опорной поверхностью; S – константа.0224Характер изменения сцепления от внешнего скольжения при использованииданной зависимости соответствует Рисунку 5.11.Рисунок 5.11.Зависимости (S Б ) и f w ( S Б )Силасопротивлениядвижениюколесаможетбытьрассчитанаследующим образом [201, 202]:Ffwi f w i RZ i ,где f w i f o K f log(1 i1SO(5.26)) – коэффициент сопротивления качению i max (1 e )колеса по деформируемому основанию (Рисунок 5.12); где K f – коэффициентпропорциональности.Рисунок 5.12.Зависимость f w f ( )225Из Рисунка 5.12 видно, что движение возможно только с определеннымограниченнымувеличиваться,значениемивсятяги.энергияСростомбуксованиядвигателятратитсятяганаперестаетпреодолениеувеличивающейся силы сопротивления движению.Логично также предположить, что длительное буксование в реальныхусловиях может привести к невозможности выполнять ТС заданные функции всвязи с экскавационным эффектом.На основании данной модели была разработана имитационная модельфункционирования системы управления приводом колесных движителейМВТС в программе MATLAB/Simulink.Simulink-схема разработанной модели представляет собой совокупностьподсистем,описывающихпосредствомсоответствующихзависимостейпроцессы, протекающие в тех или иных частях (узлах) транспортного средства.Структура модели отражает структуру машины.
Такое построение моделиМВТС облегчает ее отладку и позволяет при необходимости надстраивать ее,вводя новые зависимости, тем самым повышая точность расчетов донеобходимого уровня.Программа включает в себя следующие основные блоки:•блок «Водитель» (Driver), в котором формируются сигналыуправляющих действий водителя;•блок «Насосная станция» (Pumps), в котором вычисляются текущиезначения параметров работы насосов бортов шасси МВТС в соответствии суправляющим воздействия водителя на рычаги управления регуляторамиподачи;•в блоках «Гидромоторы борта» (Motor side_1,_2) содержатсяфункции расчета перераспределения объема рабочей жидкости по моторамколес: алгоритмы управления гидрообъемным приводом колесных движителейМВТС;•блок «Местность» (terrain), в котором задаются условия движенияшасси МВТС;226•блоки «Колеса» (Wheels_Side) содержат расчетный аппарат дляоценки изменения буксования на каждом колесе и силовых факторов,действующих на колеса (тяговая реакция грунта, реализуемая движителем;сопротивление движению и т.д.);•блок «Машина» (Vehicle), в котором рассчитываются параметрыперемещения центра масс шасси МВТС;•блок «Вывод результатов» (Results).Общая последовательность выполнения расчётов следующая.Перед проведением вычислительных экспериментов следует открытьинтерфейс программы (Model.fig) и ввести интересующие настройки (Рисунок5.13).Перед запуском программы необходимо выбрать алгоритм управления,случай движения МВТС и время моделирования.
Каждая цифра типовогослучая движения МВТС означает:1. Разгон до заданных скоростей при прямолинейном движении спостоянными условиями сцепления и сопротивления f .2. Движение по дороге с постоянными условиями характеристикамиопорной поверхности с последующим съездом на дорогу с ухудшеннымиусловиями движения.3. Движение по дороге с постоянными характеристиками опорнойповерхности с последующим съездом на дорогу с улучшенными условиямидвижения.4. Проезд участка пути с ухудшенными условиям движения.5.
Движение на местности с разными условиями по бортам машины.6. Движение машины по полотну пути со случайным распределениемхарактеристик сцепления и сопротивления (поверхности со случайнымраспределением характеристик сцепления и сопротивления типа грунтовойдороги, снег со льдом и «микст»).. Общий вид интерфейсаРисунок 5.13227228После выбора алгоритма управления, случая движения МВТС и временимоделирования следует нажать кнопку «Start». После нажатия кнопки «Start»программа автоматически запускает процесс моделирования и выводитрезультат в графическом виде.Интерфейс позволят изменять время моделирования, останавливать«Pause»и сбрасывать результат моделирования «Stop».Кнопка «Save»позволят сохранить результат моделирования.В результатеизменениямоделированияосновныхпараметровполучаютсявременные зависимостифункционированиясистемыприводаколесных движителей МВТС в условиях бездорожья (Рисунок 5.14).Моделирование движения МВТС с ГОТ следует проводить как с учетомработы системы управления распределением мощности по колесам, так и безучета работы этой системы.
В качестве исследуемых были приняты следующиезаконы управления трансмиссией:- индивидуальное регулирование внешнего скольжения колес борта поизвестной линейной скорости движения центра масс шасси МВТС;- «высокопороговое» регулирование колес борта шасси МВТС – сигналподается датчиком «сильного» колеса, т. е. находящегося в лучших условияхдвижения;- регулирование буксования колес по средней угловой скорости колесборта шасси МВТС.Отображение результатов моделированияРисунок 5.14.229230На Рисунках 5.15-5.27 показаны примеры результатов имитационногомоделирования, характеризующие изменения во времени основных параметровфункционирования системы привода колесных движителей МВТС в условияхбездорожья.Рисунок 5.15.Графики изменения «задаваемой водителем» скорости, реальной скорости и ихотклонения при моделирования движения МВТС без учета работы системыуправления (слева) и с учетом работы системы управления (справа)231Рисунок 5.16.Графики изменения угловых скоростей колес для случая моделированиядвижения МВТС без учета работы системы управления232Рисунок 5.17.Графики изменения угловых скоростей колес для случая моделированиядвижения МВТС с учетом работы системы управления233Рисунок 5.18.Графики изменения буксований колес для случая моделирования движенияМВТС без учета работы системы управления234Рисунок 5.19.Графики изменения буксований колес для случая моделирования движенияМВТС с учетом работы системы управления235Рисунок 5.20.Графики изменения продольных реакций, реализуемые колесами МВТС, дляслучая моделирования движения МВТС без учета работы системыуправления236Рисунок 5.21.Графики изменения продольных реакций, реализуемые колесами МВТС, дляслучая моделирования движения МВТС с учетом работы системыуправления237Рисунок 5.22.Графики изменения моментов на колесах для случая моделированиядвижения МВТС без работы системы управления238Рисунок 5.23.Графики изменения моментов на колесах для случая моделированиядвижения МВТС с учетом работы системы управления239Рисунок 5.24.Графики изменения объемов гидромоторов для случая моделированиядвижения МВТС без учета работы системы управления240Рисунок 5.25.Графики изменения объемов гидромоторов для случая моделированиядвижения МВТС с учетом работы системы управления241Рисунок 5.26.Графики изменения эффективности, потребной мощности и расхода топливадля случая моделирования движения МВТС без учета работы системыуправления242Рисунок 5.27.Графики изменения эффективности, потребной мощности и расхода топливадля случая моделирования движения МВТС с учетом работы системыуправленияАнализ результатов исследований работоспособности математическоймодели подтвердил возможность для выбора и обоснования параметров,характеристик и регулировок гидростатической трансмиссии для повышенияуровня энергоэффективности при передвижении в условиях бездорожья.
При243моделированиии обеспечивается приемлемое качество переходных процессов(без значительного перерегулирования). Модель обеспечивает возможностьразработки и отладки законов распределения мощности (крутящего момента)по ведущим колесам в зависимости от условий их взаимодействия с опорнойповерхностьюсцельюобеспеченияминимальныхэнергозатратнапередвижение.Сравнительный анализ результатов моделирования движения МВТС сразличными алгоритмами работы ГОТ позволил сделать заключение обэффективностииспользованиярассматриваемыхалгоритмовуправленияиндивидуальным приводом колесных движителей.СравнительныйалгоритмамианализуправленияфункционированиянеобходимоГОТпроводитьсразличнымипокритериямэнергоэффективности и топливной экономичности. Для оценки энергетическойэффективности используется показатель [205, 206], равный отношению«полезной» работы силы тяги на колесах к «совершенной» работе подводимогок колесам крутящего момента.Оценку эффективности алгоритмов управления приводом движителейМВТС нужно производить относительно случая моделирования работы ГОТбез учета регулирования параметров ее функционирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
