Диссертация (1025300), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В ходевыполненияопытно-конструкторскойразработкойновогоизделияработыколеснойсвязанной(ОКР),техникиилисмодернизациисуществующего, время разработки и изготовления опытного образца объекта,как правило, значительно превышает время разработки (в части аппаратныхсредств) и изготовления опытного образца электронной системы управления.Ввиду специфики выполняемых разрабатываемой системой управленияфункцийиневозможностиосуществленияпредставленныхвышедоводочных мероприятий в отсутствии объекта возникают значительныевременные потери, связанные с ожиданием изготовления опытного образцаобъекта колесной техники.
Данный факт приводит к увеличению временивыполнения ОКР в целом. На основе представленной информации развитие«инструментов»проектирования,использованиекоторыхвпроцессеразработки электронных систем рулевого управления позволяет выполнятьотладку аппаратной и программной частей в отсутствии опытного образцаобъектаколеснойтехники,представляетсянаиболееактуальнымнаправлением исследования.Рулевые системы транспортного средства оказывают непосредственноевлияние на безопасность эксплуатации колесной машины [31, 33].Соответственно, данное свойство в значительной степени определяетсяправильностью функционирования используемых в рулевых системахэлектронныхмодулей.Описанныевыше«простои»приразработкеавтоматизированных систем рулевого управления уменьшают общее время10отладки наиболее важных электронных компонентов, а выполнениеэкстремальных маневров на высоких скоростях движения в ходе проведениязаводских или предварительных испытаний при недостаточно отработаннойсистеме управления повышает риск травмирования водителя-испытателя илиповреждения опытного образца объекта.Цельюданнойработыявляетсяповышениебезопасностикриволинейного движения на этапах разработки и эксплуатации многоосногоколесного шасси (МКШ), оснащенного электронагружателем рулевогоколеса с цифровой системой управления, при отсутствии «жесткой»(механической) связи рулевого и управляемых колес.Достижение поставленной цели осуществляется путем использованияпри составлении технических требований и на этапе разработки системыуправления электронагружателем рулевого колеса метода разработки законовуправления нагружателем рулевого колеса, в основе которого лежитприменение имитационных математических моделей «реального времени»динамики МКШ.
В работе решены следующие основные задачи:− создание и подтверждение адекватности метода разработки законовуправленияэлектронагружателемрулевогоколесасистемырулевогоуправления МКШ;− разработка и верификация имитационной математической моделидинамики криволинейного движения МКШ, функционирующей в режиме«реального времени»;− реализация в составе объекта МКШ взаимодействия системыуправления электронагружателем рулевого колеса с верифицированнойимитационной математической моделью криволинейного движения МКШ«реального времени»;− определение параметров закона формирования реактивного моментана рулевом колесе, реализованного в настоящее время в опытном образцебортовойинформационно-управляющейспециального назначения.системыобъектаМКШ11Научная новизна исследования заключается:−всозданииэлектронагружателемметодарулевогоразработкиколеса,законовотличающегосяуправленияприменениемимитационной математической модели «реального времени» динамикикриволинейного движения МКШ для отработки программной и аппаратнойчастей системы управления электронагружателем рулевого колеса на раннихэтапах выполнения ОКР в отсутствии опытного образца объекта;− в разработке и реализации имитационной математической моделидинамики криволинейного движения МКШ, отличающейся:1) возможностью моделирования физических явлений в режиме«реального времени» с точностью, достаточной для решениязадач исследования;2) возможностью организации взаимодействия с цифровойсистемой управления электронагружателем рулевого колеса,реализованной на аппаратном уровне;− в результатах определения параметров базового закона управленияэлектронагружателем рулевого колеса из состава системы рулевогоуправления МКШ с колесной формулой 8х8 с использованием разработанноймодели «реального времени» динамики МКШ.Отличительной особенностью данного метода разработки являетсяприменение математической модели «реального времени» динамики МКШво взаимодействии с проектируемой бортовой системой управления.Требование по работе имитационной модели динамики МКШ в режиме«реального времени» основано как на организации совместной работы сфизической системой управления, так и на обеспечении возможностивзаимодействия человека с рассматриваемым программно-аппаратнымкомплексом «математическая модель динамики МКШ «реального времени» физическая системы управления».
Под организацией взаимодействия вданном случае подразумевается как формирование виртуального, так ифизического цифрового канала связи [116].12Практическая значимость исследования заключается в разработкекомплекса программных средств:− реализованная на языке программирования высокого уровня (С++)имитационная математическая модель «реального времени» динамики МКШ;− реализованный на языке программирования высокого уровня (С#)интерфейс графический визуализации, предназначенный для отображениятекущего положения и параметров движения модели колесной машины иобеспечивающийвыполнениевиртуальныхтиповыхманевровприуправлении моделью колесной машины от внешнего физического задатчика.Использование на практике предлагаемого метода разработки позволитосуществлять отработку алгоритмов функционирования проектируемойбортовой системы управления уже на ранних этапах разработки в отсутствииопытного образца объекта, что позволит сократить время выполнениядоводочных мероприятий в составе объекта, повысить качество отладочныхработи,какследствие,эффективностьфункционированияавтоматизированной системы управления.Данная работа состоит из 5 глав, одна из которых посвящена анализуработ в рассматриваемых областях настоящего исследования и постановкенаучных задач для достижения цели работы, а четыре других посвященырешению научных задач.В главе 1 представлен анализ работ отечественных и зарубежныхавторов как в области применения имитационных математических моделейпри разработке и исследовании колесных транспортных средств, так и вобласти исследования схем рулевого управления в отсутствии «жесткой»связи рулевого и управляемых колес.
Следует отметить, что авторы работособенноакцентируютвниманиенаособенностяхпереходаотмоделирования в «непрерывном времени» к моделированию в «реальномвремени», к которым относятся [145, 148]:13−выборчисленногометодаинтегрирования,обеспечивающийдостижение требуемой точности решений с минимальными временнымизадержками;− перечень упрощений и допущений, которые необходимо принять припереходек«реальномувремени»длядостижениятребуемогобыстродействия и соответствия установленной задачами исследованияточности;− определение исходных данных и области адекватности модели«реального времени».В исследованиях, посвященных рулевому управлению в отсутствии«жесткой» связи рулевого и управляемых колес неоднократно отмечается,что одним из основных элементов подобных электронных рулевых системявляется имитатор нагрузки на рулевом колесе.
Отдельно указывается, чтоданные рулевые системы являются платформой для построения системуправлениякриволинейнымдвижениемдистанционно-управляемыхибеспилотных транспортных средств [122].По результатам анализа работ по данному направлению былисформированызадачиисследования,решениюкоторыхпосвященыостальные главы диссертации.Глава 2 посвящена разработке имитационной математической моделидинамики криволинейного движения МКШ в режиме «реального времени»(ИММРВ МКШ) и проверки ее адекватности. Представлено обоснованиевыбора численного метода интегрирования: в данном случае применяетсяметод реализации с использованием производных высших порядков.
Описаналгоритм работы программы, выполненной на языке высокого уровня,которая непосредственно осуществляет процесс численного интегрирования,синхронизирует текущее время решения с «реальным временем», производитобмен данными с внешними устройствами (как виртуальными, так ифизическими), осуществляется запись значений текущих решений в файл дляпоследующего анализа.14По завершении реализации имитационной математической модели«реального времени» динамики криволинейного движения МКШ на языкепрограммирования высокого уровня определяется допустимый диапазонизменения динамических параметров (диапазон изменения скорости центрамасс МКШ), в котором рассматриваемая модель будет удовлетворятьтребованиям «реального времени», а также соответствовать поведениюфизического объекта.Помимо определения диапазона изменения динамических параметровпроизводится выбор параметров моделирования (величина максимального иминимального шага интегрирования, точность численной реализации,величина временного шага) исходя из условий требуемого быстродействия ипоставленных целей исследования.После выполнения всех указанных мероприятий осуществляетсяверификация математической модели «реального времени» МКШ.
В качествеэталонного «объекта» в данном случае выступает имитационная моделькриволинейного движения МКШ, функционирующая в «непрерывномвремени» («эталонная» модель). Верификация «эталонной» модели иподтверждениерезультатомееадекватностимоделированияввыполнены«непрерывномранеепутемвремени»ссравненияданными,полученными по итогам тестовых заездов соответствующего реальногообъекта.Верификация осуществляется при различных режимах движениявиртуального МКШ, а также различных свойствах опорной поверхности вовсем допустимом диапазоне изменения динамических параметров [126]. Порезультатам ее выполнения установлена высокая степень соответствиямоделирования в режиме «реального времени» «эталонной» модели, чтопозволяет сделать вывод об адекватности модели криволинейного движенияМКШ «реального времени» и возможности ее использования для достиженияцелей исследования.15Глава3описываетверифицированнойпроцессматематическогоорганизациимоделивзаимодействия«реальноговремени»сдействующей физической системой управления, в качестве которойвыступает система управления электронагружателем рулевого колеса(СУ ЭНРК).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
