устройство для управления движением транспортного средства

Формула изобретения

1. Устройство управления движением транспортного средства, содержащее общий задатчик радиуса поворота транспортного средства, соединенный со всеми задатчиками радиуса поворота осей, общий задатчик скорости движения транспортного средства, соединенный с первыми входами всех задатчиков скорости движения осей, блоки формирования команд по числу осей, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего задатчика скорости движения оси, второй вход - со вторым входом соответствующего задатчика скорости движения оси, выходом задатчика радиуса поворота и входами блоков определения углов поворота колес данной оси, каждый из которых через соответствующие исполнительные механизмы поворота подключен к соответствующему колесу левого и правого бортов транспортного средства, каждое из которых снабжено соответствующим электроприводом, причем первый вход электропривода каждой оси левого борта соединен с первым выходом соответствующего блока формирования команд, со вторым выходом которого соединен первый вход электропривода правого борта данной оси, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлены общий источник опорного сигнала, по два бортовых сумматора, нелинейных элемента, элемента сравнения, и, по числу колес, - блоки управления и блоки контроля, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим колесом, второй вход - с выходом соответствующего электропривода, а выход соединен с первым входом соответствующего блока управления, четвертый вход которого соединен с соответствующим данному борту выходом блока формирования команд соответствующей оси, вторые входы блоков управления одного борта объединены и соединены с выходом соответствующего бортового сумматора, входы которого соединены с выходами блоков контроля соответствующего борта, а выход соединен со входом соответствующего данному борту бортового нелинейного элемента, выход которого соединен с первым входом соответствующего бортового элемента сравнения, вторые входы которых объединены и соединены с выходом общего источника опорного сигнала, а выход соединен с третьими входами блоков управления соответствующего борта, выход каждого из которых соединен со вторым входом соответствующего электропривода, а каждый блок управления выполнен в виде функционального преобразователя, первый вход которого подключен к первому входу блока управления, и соединен с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен ко второму входу блока управления, а выход соединен со вторым входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом делителя первого элемента деления и первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления, а выход соединен со входом делимого первого элемента деления, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход которого подключен к четвертому входу блока управления, выход которого через интегратор подключен к выходу первого перемножителя, а каждый блок контроля состоит из второго элемента деления, выход которого подключен к выходу блока контроля, первый вход которого через датчик нагрузки колеса подключен ко входу делителя второго элемента деления, вход делимого которого через датчик нагрузки электропривода подключен ко второму входу блока контроля.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый электропривод выполнен в виде электродвигателя, выход которого является выходом электропривода, а вход через регулятор соединен с выходом сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам электропривода.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый задатчик скорости движения оси выполнен в виде второго перемножителя, выход которого подключен к выходу задатчика скорости движения оси, второй вход которого через нелинейный элемент подключен ко второму входу второго перемножителя, первый вход которого подключен к первому входу задатчика скорости движения оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к управлению транспортными средствами с индивидуальным электроприводом колес и может быть использовано в транспортном машиностроении при создании модульных транспортных платформ особо большой грузоподъемности.

Известно устройство для управления транспортным средством, содержащее общие задатчики радиуса поворота и скорости движения транспортного средства, соединенные с соответствующими задатчиками радиуса поворота и скорости движения оси, блоки определения углов поворота колес и исполнительные механизмы поворота /1/.

В известном устройстве для управления направлением движения осуществляется поворот колес на величину, определяемую выражением

_qi = arctg(l_q/R_i), (1)

где _qi - угол поворота i-го колеса q-той относительно оси продольной симметрии транспортного средства; l_q - расстояние центра оси колеса от центра машины, определяемого как проекция полюса поворота на ее продольную ось; R_qi - радиус поворота i-го колеса q-той оси.

Недостатком известного устройства является зависимость реализуемого радиуса поворота от скорости движения транспортного средства.

Более близким по совокупности признаков является устройство управления движением транспортного средства, содержащее для каждой оси задатчики радиуса поворота и скорости движения оси, блок формирования команд и электроприводы колес, причем выход задатчика скорости оси соединен с первым входом, а выход задатчика радиуса поворота оси - со вторым входом блока формирования команд, первый и второй выходы которых соединены с первыми входами электроприводов соответствующего колеса /2/.

В известном устройстве, благодаря перемножению сигналов, пропорциональных радиусу поворота и требуемой скорости движения оси транспортного средства, обеспечивается независимость реализуемого радиуса поворота от задаваемой скорости движения. Известное устройство обеспечивает существенное повышение маневренности транспортного средства при сохранении возможности управления скоростью движения при маневрировании без ее влияния на реализуемую траекторию. При этом поворот осуществляется за счет изменения соотношения частот вращения двигателей правого и левого бортов (бортовой поворот). Однако в известном устройстве не учитываются геометрические размеры транспортного средства при формировании алгоритма управления и оно не обеспечивает управляемого поворота машины. Кроме того, при движении и маневрировании транспортного средства реализуемая траектория зависит не от соотношения задаваемых сигналов управления электроприводом колес, а от соотношения действительных скоростей движения правого и левого бортов транспортного средства. Это обусловлено тем, что в известном устройстве блоком формирования команд задается требуемая частота вращения колес борта. Однако линейная взаимозависимость частоты вращения колеса и его линейной скорости движения возможна только при постоянном радиусе колеса. Вместе с тем известно, что при работе транспортного средства в тяговом режиме в тяжелых грунтовых условиях действительная скорость движения определяется силовым радиусом R_кс, зависящим от тяговой нагрузки и условий взаимодействия колеса с опорной поверхностью. Эта зависимость скорости от силового радиуса наиболее просто выражается с помощью коэффициента буксования /3/

= A+Bⁿ, (2)

где A, B, n - коэффициенты, зависящие от свойств опорной поверхности; = Т/G - относительная сила тяги пневмоколесного движителя; T, G - абсолютные значения силы тяги и вертикальной нагрузки на ось колеса,

в виде

V_di = _qiR_ko = _qiR_ko(1-_i) = V_qi(1-_i), (3)

где R_ko - расчетный радиус колеса; V_di - действительная скорость движения i-го колеса; _qi - частота вращения i-го колеса q-той оси; V_qi - заданная скорость i-го колеса q-той оси.

Следовательно, задание скорости V_qi = _qiR_ko еще не обеспечивает ее действительного значения и, что наиболее значимо для маневренности транспортного средства, требуемого соотношения скоростей движения правого и левого колес оси. Объясняется это тем, что при маневрировании крупногабаритного транспортного средства работа колес разных бортов может осуществляться в различающихся условиях взаимодействия с опорной поверхностью, происходит перераспределение нагрузок между колесами внутреннего и внешнего, по отношению к центру поворота, бортов транспортного средства, приводящие к различию значений буксований правого и левого колес и, следовательно, к отличному от задаваемого соотношению их действительных скоростей движения. Это приводит к отклонению траектории движения от заданной (с отличным от задаваемого радиусом поворота), возникновению замкнутых через опорную поверхность и корпус машины контуров циркуляции паразитной мощности, снижающей энергетическую эффективность процесса управления, что, в конечном счете, также снижает маневренность транспортного средства.

Таким образом, контроль процессов буксования колес движителя принципиально необходим для повышения маневренности транспортного средства и позволяет рационально использовать ограниченные энергетические возможности автономного тягового привода.

Задачей изобретения является повышение маневренности транспортного средства с индивидуальным приводом управляемых колес при работе в тяжелых грунтовых условиях в тяговом режиме.

Задача достигается тем, что в устройстве управления движением транспортного средства, содержащем общий задатчик радиуса поворота транспортного средства, соединенный со всеми задатчиками радиусов поворота осей, общий задатчик скорости движения транспортного средства, соединенный с первыми входами всех задатчиков скоростей движения осей, блоки формирования команд по числу осей, каждый из которых выполнен из двух сумматоров, источника опорного напряжения и двух перемножителей, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего задатчика скорости движения оси, второй вход - со вторым входом соответствующего задатчика скорости оси, выходом задатчика радиуса поворота и входами блоков определения углов поворота колес данной оси, каждый из которых через соответствующие исполнительные механизмы поворота подключен к соответствующему колесу левого и правого бортов транспортного средства, каждое из которых снабжено соответствующим электроприводом, причем первый вход электропривода каждой оси левого борта соединен с первым выходом соответствующего блока формирования команд, со вторым выходом которого соединен первый выход электропривода правого борта данной оси, отличительными от прототипа признаками является то, что в нем дополнительно установлены общий источник опорного сигнала, по два бортовых сумматора, нелинейных элемента, элемента сравнения, и, по числу колес - блоки управления и блоки контроля, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим колесом, второй вход - с выходом соответствующего электропривода, а выход соединен с первым входом соответствующего блока управления, четвертый вход которого соединен с соответствующим данному борту выходом блока формирования команд соответствующей оси, вторые входы блоков управления одного борта объединены и соединены с выходом соответствующего бортового сумматора, входы которого соединены с выходами блоков контроля соответствующего борта, а выход соединен со входом соответствующего данному борту бортового нелинейного элемента, выход которого соединен с первым входом соответствующего бортового элемента сравнения, вторые входы которых объединены и соединены с выходом общего источника опорного сигнала, а выход соединен с третьими входами блоков управления соответствующего борта, выход каждого из которых соединен со вторым входом соответствующего электропривода, а каждый блок управления выполнен в виде функционального преобразователя, первый вход которого подключен к первому входу блока управления, и соединен с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен ко второму входу блока управления, а выход соединен со вторым входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом делителя первого элемента деления и первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления, а выход соединен со входом делимого первого элемента деления, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход которого подключен к четвертому входу блока управления, выход которого через интегратор подключен к выходу перемножителя, а каждый блок контроля состоит из второго элемента деления, выход которого подключен к выходу блока контроля, первый вход которого через датчик нагрузки колеса подключен ко входу делителя второго элемента деления, вход делимого которого через датчик нагрузки электропривода подключен ко второму входу блока контроля.

Целесообразно, чтобы каждый электропривод был выполнен в виде электродвигателя, выход которого подключен к выходу электропривода, а вход через регулятор соединен с выходом сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам электропривода, а каждый задатчик скорости оси был выполнен в виде второго перемножителя, выход которого подключен к выходу задатчика скорости оси, второй вход которого через нелинейный элемент подключен ко второму входу второго перемножителя, первый вход которого подключен к первому входу задатчика скорости оси.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 представлена схема поворота транспортного средства, позволяющая уяснить процесс управления и обозначено: R_ц - радиус поворота центра транспортного средства; R₀₁, R₀₂ - радиусы поворота центров левого и правого бортов; R_q1(2) - радиусы поворота соответствующих колес q-той оси; _q1(2) - углы поворота левого и правого колес q-той оси; V_ц - заданная скорость движения центра; V_dBl, V_dB2 - скорости движения левого и правого бортов транспортного средства; l_q (q=1, 2,...) - расстояние q-той оси от центра.

На фиг. 3 приведены статические характеристики транспортного средства, позволяющие уяснить алгоритм управления и обозначено: V_q0 - заданная скорость движения колес борта при равномерной нагрузке их электроприводов; V_q1, V_q2 - заданные скорости движения колес борта при изменении условий их взаимодействия с опорной поверхностью (перераспределение нагрузок электроприводов колес); V₁, V₂ - кривые действительных скоростей колес при одинаковых и различающихся условиях взаимодействия с опорной поверхностью; 1, 2 - кривые изменения коэффициента буксования , отражающие условия взаимодействия колес с опорной поверхностью; , - относительные тяговое и окружное усилия на колесе; ₀, ₁, ₁, ₀, ₀₁, ₁, ₁ - соответствующие относительные усилия, отражающие характерные точки процесса управлением движением; ₁, ₂ - кривые изменения коэффициента буксования колеса, построенные в функции относительного окружного усилия; f₁, f₂ - кривые взаимосвязи относительной силы тяги и относительного окружного усилия колеса.

Устройство для управления движением транспортного средства содержит общие задатчики радиуса 1 (фиг. 1) поворота и скорости 2 движения транспортного средства, выходы которых соединены соответственно со входами задатчиков 3 радиуса поворота и первыми входами задатчиков 4 скорости каждой оси, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего блока 5 формирования команд, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего задатчика 3 радиуса поворота, вторым входом задатчика 4 скорости движения оси и входами соответствующих данной оси блоков 6 определения углов поворота, выходы которых через соответствующие исполнительные механизмы 7 поворота управляют угловым положением соответствующих колес 8 относительно продольной оси транспортного средства. Для изменения режима работы каждого из колес 8 транспортного средства используются соединенные с ними соответствующие электроприводы 9, первые входы электроприводов 9 одного борта соединены с четвертыми входами соответствующих блоков 10 управления и с первым выходом блока 5 формирования команд, второй выход которого соединен с первым входом электропривода 9 другого борта и четвертым входом соответствующего блока 10 управления другого борта, первые входы каждого из которых соединены с выходами соответствующих блоков 11 контроля, первые входы которых подключены к соответствующему колесу 8, вторые входы соединены с выходом соответствующего электропривода 9, а выход соединен с соответствующим входом соответствующего бортового сумматора 12, выход каждого из которых соединен через соответствующий бортовой нелинейный элемент 13 с первым входом соответствующего бортового элемента 14 сравнения, вторые входы которых объединены и соединены с выходом первого общего источника 15 опорного сигнала, а выходы - с третьими входами блоков 10 управления соответствующего борта, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих бортовых сумматоров 12, а выход каждого блока 10 управления соединен со вторым входом соответствующего электропривода 9.

Каждый из блоков 10 управления состоит из двух элементов 16 и 17 сравнения, первого элемента деления 18, первого перемножителя 19, выход которого через интегратор 20 подключен к выходу блока 10 управления и функционального преобразователя 21, первый вход которого подключен к первому входу блока 10 управления и первому входу первого элемента 16 сравнения, второй вход которого подключен ко второму входу блока 10 управления, а выход - ко второму входу функционального преобразователя 21, выход которого соединен с первым входом второго элемента 17 сравнения и со входом делимого первого элемента 18 деления, вход делителя которого подключен к выходу второго элемента 17 сравнения, а выход соединен с первым входом первого перемножителя 19, второй вход которого подключен к четвертому входу блока 10 управления, третий вход которого подключен ко второму входу второго элемента 17 сравнения.

Каждый блок 11 контроля включает в себя второй элемент 22 деления, датчик 23 нагрузки электропривода 9 и датчик 24 нагрузки колеса 8, подключенный со стороны входа к первому входу блока 11 контроля, второй вход которого через датчик 23 нагрузки электропривода соединен со входом делимого второго элемента 22 деления, вход делителя которого соединен с выходом датчика 24 нагрузки колеса, а выход подключен к выходу блока 11 контроля.

Электропривод 9 состоит из последовательно соединенных блока 25 регулирования и электродвигателя 26, выход которого является выходом электропривода 9, первый и второй входы которого подключены соответственно с первым и вторым входами сумматора 27, выход которого соединен со входом регулятора 25.

Задатчик 4 скорости движения оси выполнен из второго перемножителя 28, выход которого подключен к выходу задатчика 4 скорости движения оси, второй вход которого через нелинейный элемент 29 соединен со вторым входом второго перемножителя 28, первый вход которого подключен к первому входу задатчика скорости движения оси.

Устройство работает следующим образом.

При движении транспортного средства и маневрировании водитель воздействует на общий задатчик 1 радиуса поворота транспортного средства, выходной сигнал которого, пропорциональный требуемому радиусу R_ц поворота центра транспортного средства, поступает на вход задатчика 3 радиуса поворота каждой оси. Назначение задатчика 3 радиуса поворота оси состоит в преобразовании входного сигнала в сигнал, пропорциональный требуемому радиусу R_q поворота q-той оси с учетом ее положения в структуре многоопорного транспортного средства в соответствии с выражением



где l_q - расстояние центра оси колеса от центра машины, определяемого как проекция полюса поворота на ее продольную ось. Выходной сигнал задатчика 3 радиуса поворота оси поступает на входы блоков 6 определения углов поворота соответствующих колес 8. Назначение блоков 6 состоит в определении требуемого угла _q1(2) поворота левого (например, с индексом 1) и правого (индекс 2) колес 8 оси относительно продольной оси машины в соответствии с выражением, следующим из (1)



где В - база машины, а знак угла определяется соотношением знаков l_q и R_q1(2), т. е. геометрическим расположением оси и направлением поворота, причем одно из положений центра поворота относительно продольной оси транспортного средства принято за положительное.

Знак перед В/2, таким образом, определяется только направлением поворота.

Выходные сигналы блоков 6 определения углов поворота колес 8 через соответствующие исполнительные механизмы 7 изменяют угловое положение колес 8 относительно продольной оси транспортного средства. Таким образом, движение каждого колеса оси осуществляется по круговой траектории, центр которой находится в полюсе поворота машины. Скорость движения транспортного средства при маневрировании определяется устанавливаемым водителем уровнем выходного сигнала общего задатчика 2 скорости движения транспортного средства. Для обеспечения движения по кривой заданного радиуса выходной сигнал общего задатчика 2 скорости движения транспортного средства поступает на первые входы задатчиков 4 скорости движения каждой оси, на второй вход каждого из которых поступает сигнал с выхода соответствующего задатчика 3 радиуса поворота оси. На выходе задатчика 4 скорости движения оси формируется сигнал, пропорциональный требуемой линейной скорости центра оси V_q, определяемой выражением



где V_ц - задаваемая водителем скорость движения центра машины.

Сигналы, пропорциональные V_q и R_q, поступают соответственно на первый и второй входы соответствующего блока 5 формирования команд, на первом выходе каждого из которых формируется сигнал, пропорциональный требуемой скорости движения левого, а на втором - требуемой скорости движения правого колес 8 соответствующей оси. Для изменения скоростей движения колес 8 используются соответствующие электроприводы 9, первые входы которых соединены с первым и вторым входами блока 5 формирования команд соответствующей оси, а выходы - с соответствующими колесами оси левого и правого бортов.

Для обеспечения требуемого соотношения скоростей движения колес правого и левого бортов машины сигналы на первом и втором выходах блока 5 формирования команд пропорциональны произведению требуемой скорости движения соответствующих колес 8 на их относительные радиусы поворота, т.е. пропорциональны значению

V_qi = _qR_qi = V₂R_qi/R_ц, (7)

где _q - угловая скорость поворота q-той оси, равная угловой скорости поворота центра _ц.

Этот сигнал, поступая на первый вход соответствующего электропривода 9, определяет уровень сигнала задания на выходе регулятора 25 и, следовательно, частоту вращения соответствующего тягового двигателя 26 и линейную скорость движения соединенного с ним колеса 8.

Для компенсации влияния изменяющихся при движении транспортного средства свойств опорной поверхности, выражаемых зависимостью (2), для каждого электропривода 9 используются блоки управления 10 и блоки 11 контроля, а также общие для борта транспортного средства бортовые сумматоры 12, нелинейные элементы 13 и сумматоры 14.

Алгоритм их функционирования состоит в следующем.

При движении транспортного средства по кривой радиуса R_oi(2) (фиг.2) водителем задается скорость движения V_ц, определяющая угловую скорость _ц = V_ц/R_ц, одинаковую для всех колес. При этом действительная скорость движения i-го колеса определяется выражением

V_di = _цR_qi(1-_i) = V_цR_qi(1-_i)/R_ц, (8)

следующим из (3).

Из-за невозможности выявления величины буксования каждого колеса полноприводного транспортного средства учет абсолютных значений этого показателя не может быть принят в качестве корректирующего работу соответствующих электроприводов. В полноприводном транспортном средстве не представляется возможным определение и обобщенных, характеризующих в целом процесс движения значений буксования из-за практической невозможности измерения действительной скорости движения машины. Следовательно, для повышения маневренности транспортного средства формирование корректирующих воздействий должно осуществляться не по значениям коэффициента буксования каждого колеса, а по изменению этой величины относительно некоторого, наперед заданного и контролируемого в процессе движения значения.

Поскольку колеса одного борта работают в мало отличающихся условиях взаимодействия с опорной поверхностью, а водитель в состоянии определить некоторые ее общие, наиболее характерные для движения всего транспортного средства свойства (вид поверхности по составу (грунт, песок, глина, асфальтобетон и т.д.), его уровень влажности, разрыхленность и т.д.), представляется целесообразным использовать в качестве характеристик ожидаемого взаимодействия колеса с опорной поверхностью типовые зависимости изменения кривой буксования для этих субъективно оцениваемых условий. Таким образом, ожидаемые условия взаимодействия колес транспортного средства с опорной поверхностью выражаются изменением обобщенного коэффициента буксования _o в функции обобщенного относительного тягового усилия эквивалентного "колеса" транспортного средства. Учитывая также, что для обеспечения заданной кривизны траектории (радиуса поворота) необходимо поддерживать достаточно неизменным требуемое соотношение действительных скоростей бортов, в качестве управляемых по условиям взаимодействия с опорной поверхностью должны быть выбраны колеса, расположенные на различных бортах машины, и, следовательно, контролю подлежат относительные изменения условий работы бортовых колес каждой оси транспортного средства, определяемые на основе типовых зависимостей кривой буксования от относительной силы тяги.

Расчетное или прогнозируемое значение скорости движения, задаваемое водителем общим задатчиком скорости движения 2 транспортного средства и учитывающее значение обобщенного коэффициента буксования колеса, определяется выражением

V_dB1(2) = V_цR_o1(2)(1-_o)/R_ц (9)

и отличается от действительной скорости движения соответствующей точки борта на величину отклонения реального буксования от обобщенного.

Следовательно, для реализации заданной траектории движения должна быть изменена скорость движения центра, значение которой следует из (9)

V_ц = V_diR_ц/R_qi(1-_i). (10)

Тогда (10) можно записать в виде

V_dB1(2) = V_diR_oi(2)(1-_o)/R_qi(1-_i). (11)

Если буксование колеса соответствует обобщенному, (_o = _i), то

V_dBo1(2)=V_diR_o1(2)/R_qi, (12)

и, следовательно, для движения колеса со скоростью, определяемой выражением (9), в соответствующий сигнал управления должна быть введена добавка



Поскольку V_di= V_qiR_qi/R_ol(2), то V_i = V_qi(_o-_i)/(1-_i), или, учитывая (7),



Следовательно, при управлении поворотом транспортного средства к сигналу управления соответствующим электроприводом 9, определяемому выражением (7) 8, необходимо добавить сигнал, пропорциональный (14).

Для этого используется зависимость коэффициента буксования, выраженная в виде характеристики бортовых нелинейных элементов 13 (фиг.1), построенная в функции достаточно просто контролируемого значения относительного окружного усилия =Р_к/G_к, где Р_к, G_к - абсолютные значения окружного усилия на колесе, приведенного к валу двигателя (нагрузка двигателя) и вертикальной нагрузки на ось колеса.

Для определения относительного окружного усилия на колесе используется блок 11 контроля (фиг.1). Сигнал на его первом входе пропорционален вертикальной нагрузке колеса, которая может быть измерена, например, по величине его вертикального перемещения и преобразована с помощью датчика 23 нагрузки колеса в электрический сигнал, поступающий на вход делителя второго элемента 22 деления. Поскольку на входе делимого этого элемента формируется с помощью датчика 23 нагрузки электропривода сигнал, пропорциональный нагрузке соответствующего тягового двигателя 26, измеряемой, например, по величине активной составляющей тока, то на выходе элемента 22 деления формируется их отношение, т. е. сигнал, пропорциональный величине относительного окружного усилия _i i-го колеса. Для выявления обобщенных значений окружного тягового усилия и буксования используются общие для одного борта бортовой сумматор 12, бортовой нелинейный элемент 13 и бортовой элемент 14 сравнения. Назначение бортового сумматора 12 состоит в суммировании и усреднении сигналов, поступающих на его входы с выходов всех блоков 11 контроля данного борта транспортного средства. Таким образом, на его выходе формируется сигнал, пропорциональный среднему значению относительного окружного усилия на колесах борта, т.е. пропорциональный обобщенному окружному усилию _o. Этот сигнал поступает на вход бортового нелинейного элемента 13, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный обобщенному коэффициенту буксования _o, поступающий на первый вход соответствующего бортового элемента 14 сравнения. На второй вход каждого элемента 14 сравнения поступает сигнал с выхода общего источника 15 опорного сигнала, пропорциональный единичному значению коэффициента буксования _o. Следовательно, на выходе бортового элемента 14 сравнения формируется сигнал, пропорциональный разности 1-_o, поступающий на третьи входы блоков 10 управления соответствующего борта, на первый вход каждого из которых поступает сигнал с выхода соответствующего блоха 11 контроля, пропорциональный относительному окружному усилию _i соответствующего колеса 8, на второй вход - сигнал с выхода соответствующего бортового сумматора 12, пропорциональный обобщенному значению относительного окружного усилия _o, на четвертый вход - сигнал с соответствующего выхода блока 5 формирования команд соответствующей оси, уровень которого пропорционален (7), т.е. требуемой скорости движения соответствующего колеса 8.

Сигналы, пропорциональные _i и _o с первого и второго входов каждого блока 10 управления поступают соответственно на первые входы функционального преобразователя 21 и элемента 16 сравнения. Назначение этих элементов состоит в определении ожидаемого отклонения буксования _i данного колеса от обобщенного значения _o. Для этого характеристика функционального преобразователя 21 представлена в виде зависимости производной обобщенного коэффициента буксования по относительному окружному усилию, получаемой из (2) графическим дифференцированием с учетом зависимости _o = _o(1-_o). Она отражает изменение отклонения коэффициента буксования _i данного колеса от обобщенного значения _o как в функции _o, так и отклонения относительного окружного усилия данного колеса от обобщенного окружного усилия, _i = _o-_i. Сигнал, пропорциональный _i, формируется на выходе первого элемента 16 сравнения и поступает на второй вход функционального преобразователя 21, на выходе которого формируется, таким образом, сигнал, пропорциональный _i, поступающий на вход делимого первого элемента 18 деления, на вход делителя которого поступает сигнал с выхода второго элемента 17 сравнения. Назначение второго элемента 17 сравнения состоит в определении величины, пропорциональной расчетному значению буксования соответствующего колеса. Для этого на первый вход второго элемента 17 сравнения поступает сигнал, пропорциональный _i с выхода функционального преобразователя 21, а на второй вход, подключенный к третьему входу блока 10 управления, - сигнал, пропорциональный (1-_o). Следовательно, на выходе второго элемента 17 сравнения формируется сигнал, пропорциональный значению (1-_o-_i) = (1-_i), поступающий на вход делителя первого элемента 18 деления, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный отношению _i/(1-_i), поступающий на первый вход первого перемножителя 19, второй вход которого подключен к четвертому входу блока 10 управления, на который поступает сигнал, пропорциональный V_qi. Таким образом, на выходе первого перемножителя 19 формируется сигнал, пропорциональный величине

V_qi = V_qii/(1-_i), (15)

что совпадает с (14) и определяет величину требуемой корректирующей добавки, вносимой в сигнал управления скоростью движения колеса при отклонении реального буксования (действительной скорости движения) от расчетного.

Поскольку при работе устройства величины _i и _i изменяются в процессе управления, для установления необходимого по уровню значения корректирующего сигнала, поступающего с выхода блока 10 управления на второй вход соответствующего электропривода 9, используется интегратор 20, осуществляющий интегрирование выходного сигнала первого перемножителя 19 и формирующий выходной сигнал каждого блока 10 управления. Выбор постоянной времени интегрирования интегратора 20 осуществляется из условия достижения выходным сигналом значения, равного входному в конце интервала управления (коррекции).

Пусть U₁ - сигнал на выходе интегратора 20, a U_o - сигнал на его входе, пропорциональный (15), причем изменение _i во времени носит линейный характер с коэффициентом пропорциональности k. Тогда



где t_p - время регулирования, т.е. время, по истечении которого значение _i достигнет нулевого значения. Следовательно, t_p=1/k=(4-5)T_эм, где Т_эм - электромеханическая постоянная времени соответствующего электропривода 9.

Тогда (16) можно записать в виде

U₁=(2-2.5)U_оТ_эм/Т_и.

Если Т_и= (2-2.5)Т_эм, то U₁=U_o, и, следовательно, при достижении _i нулевого значения сигнал на выходе интегратора будет соответствовать требуемому значению и, поступая на второй вход соответствующего электропривода 9, будет обеспечивать требуемую коррекцию сигнала, поступающего на его первый вход с соответствующего выхода блока 5 формирования команд и пропорционального заданной скорости движения колеса, определяемый в соответствии с (7). Эти сигналы поступают на соответствующие входы сумматора 27, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине V_qi(1+_i/(1-_i)), через регулятор 25, изменяющий частоту вращения соответствующего электродвигателя 26 и, следовательно, соединенного с ним колеса 8. Изменение частоты вращения колеса 8 приводит, в первую очередь, к изменению его проскальзывания относительно опорной поверхности, т.е. к изменению буксования и реализуемого тягового усилия. Это в свою очередь приводит к изменению скорости движения колеса и транспортного средства при соответствующем условиям взаимодействия колес 8 с опорной поверхностью перераспределении нагрузок электроприводов 9, что является характерной особенностью совместной работы электроприводов 9 в составе многоколесного полноприводного транспортного средства. Пусть некоторые различающиеся условия взаимодействия колеса с опорной поверхностью отображаются кривыми 1 и 2 изменения коэффициента буксования , приведенными на фиг.3 в первом квадранте в функции относительной силы тяги . Там же приведены соответствующие кривые V₁ и V₂ изменения действительных скоростей движения. В третьем квадранте фиг.3 приведены зависимости коэффициента буксования от относительного окружного усилия на колесе в виде кривых ₁ и ₂, индексы которых соответствуют номерам кривых в первом квадранте. В четвертом квадранте представлены кривые взаимосвязи f₁ и f₂, устанавливающие зависимости относительных окружных усилий колеса и реализуемых значений относительной силы тяги при соответствующих кривым 1 или 2 условиях взаимодействия колеса с опорной поверхностью.

Пусть далее, кривая 1 отображает соответствующее реальным условиям взаимодействие колес транспортного средства с опорной поверхностью изменения коэффициента буксования от относительной силы тяги, а зависимость ₁ является характеристикой бортовых нелинейных элементов 13. Значение относительной силы тяги для некоторых условий эксплуатации соответствует значению _o, и на выходе бортовых сумматоров 12 формируется сигнал, пропорциональный _o. При этом каждое колесо и соответствующий борт транспортного средства движется с относительной действительной скоростью V_dB при заданной относительной скорости V_q0=l.

Если в процессе поворота происходит изменение свойств для одного, например, первого колеса 8, отображаемое теперь кривой 2, то в силу невозможности резкого изменения действительной скорости движения, ее относительное значение остается первоначально неизменным и равным V_dB1(2). Следовательно, равны и буксования колес борта, число которых, для примера, равно 2, что в соответствии с приведенными на фиг.3 кривыми соответствует увеличению относительной силы тяги первого колеса и нагрузки соответствующего электропривода (точка ₁ на фиг.3).

Это увеличение нагрузки вызовет соответствующее увеличение выходного сигнала, соответствующего блока 11 контроля и, следовательно, увеличение выходного сигнала соответствующих бортового сумматора 12 и бортового нелинейного элемента 13 (точки ₀₁ и ₀₁ на фиг.3). Поскольку результирующее окружное усилие борта увеличилось на величину ₀ = ₀₁-₀, скорость движения V_dB1(2) соответствующего борта начнет возрастать. Поэтому при отсутствии коррекции и повороте влево движение будет характеризоваться излишней, а при повороте вправо - недостаточной поворачиваемостью.

Для осуществления коррекции сигналы, пропорциональные ₁ и ₀₁, поступают на первый и второй входы соответствующего блока 10 управления. При этом для первого колеса правого борта на выходе соответствующего блока 10 управления будет формироваться сигнал, пропорциональный положительному значению ₁/(1-₁), а на выходах других блоков 10 управления электроприводами 9 колес этого борта - отрицательные сигналы, пропорциональные ₂/(1-₂), поскольку ₀₁<₀. В соответствии с изложенным ранее функционированием блока 10 управления и электропривода 9 это приводит в конце процесса управления к уменьшению заданной скорости V_q1 первого колеса 8 транспортного средства и возрастанию заданной скорости V_q2 остальных колес 8 правого борта на величину, пропорциональную значению (15). Следовательно, происходит встречно направленное изменение буксований (направление изменения соответствующих коэффициентов буксования

показано на фиг.3 стрелками) и окружных усилий ₀ и ₁ величине ₀₁. При отсутствии в блоке 10 управления интегратора 20 и запоминании первоначального уровня корректирующего сигнала управление приводит к такому перераспределению нагрузок, при котором колесо, нагружаемое в соответствии с кривой 2, оказывается недогруженным (точки на фиг.3), а нагружаемое в соответствии с кривой 1 - перегруженным (точки на фиг.3), при сохранении средних значений относительных окружного усилия колеса и силы тяги на первоначальном уровне ₀ и ₀ и скорости движения борта на уровне V_dB1(2). Изменение знака рассогласования при меньших значениях коэффициентов ₀ и _i приводит к изменению знака корректирующих сигналов и формированию их новых значений, несколько меньших по уровню. Следовательно, процесс коррекции задания скорости движения колес носил бы затухающий колебательный характер, не приводящий, однако, к изменению действительной скорости движения. Введение в блок 10 управления интегратора 20 позволяет исключить это явление, поскольку непрерывно контролируемое отклонение приводит к изменению уровня его выходного сигнала сразу же, как только произойдет выравнивание относительных тяговых усилий, и изменение сигналов коррекции управления происходит без изменения их знака ниже задания, будет происходить до тех пор, пока контролируемое бортовым сумматором 12 значение _0i не вернется к первоначальному значению.

Очевидно, что рассмотрение случая отклонения реальных условий взаимодействия колеса с опорной поверхностью в другом направлении соответствует тому, что в качестве типовой выбирается кривая 2 и соответствующая ей зависимость ₂ для характеристики бортового нелинейного элемента 13. Это приводит к изменению знаков отклонений (так как начальными являются точки ₁ и ₁, а не ₀ и ₀, как это было раньше), не влияет на алгоритм функционирования блока 10 управления и достигаемые результаты коррекции.

Таким образом, изменение (коррекция) заданий скорости движения колес в зависимости от наиболее вероятных (типовых) условий их взаимодействия с опорной поверхностью стабилизирует нагрузку электроприводов 9 борта и его скорость движения.

Пусть далее, характеристика нелинейного элемента 13 соответствует реальным условиям движения и при повороте колеса борта проезжают неровности, любая ив которых может быть представлена различным чередованием участков положительного (подъем) и отрицательного (спуск) наклонов опорной поверхности. При наезде на участок с положительным наклоном нагрузка соответствующего электропривода 9 возрастает, но одновременно с этим возрастает нагрузка колеса, поскольку оно перемещается вверх. Следовательно, функционирование блока 10 управления зависит в данном случае от изменения сигнала на выходе блока 11 контроля, пропорционального отношению нагрузки электропривода 9 к нагрузке соответствующего колеса 8. Если это отношение постоянно и не изменяется в процессе движения, то изменение заданий скорости электроприводов борта не происходит.

Если окружное усилие на колесе изменяется интенсивнее нагрузки колеса, то на выходе блока 11 контроля формируется сигнал увеличения ₁, соответствующий увеличению буксования данного колеса, что приведет к перераспределению нагрузок, аналогично рассмотренному ранее при неизменности скорости движения борта, т. е. без влияния на маневренность транспортного средства.

Если отношение окружного усилия колеса к его нагрузке приведет к уменьшению сигнала на выходе блока 11 контроля, то характер перераспределения нагрузок изменится из-за изменения знака _i, но, как и в рассмотренных ранее случаях, изменения действительной скорости движения борта не произойдет.

Таким образом, во всех случаях управления криволинейным движением транспортного средства обеспечивается постоянство действительных скоростей бортов, что обеспечивает повышение (до уровня стабилизации) маневренности транспортного средства при работе в тяговом режиме в тяжелых грунтовых условиях.

При создании устройства использованы известные из уровня техники блоки:

- общий задатчик радиуса поворота транспортного средства - Петленко Б.И. , Волков В.Д. Электронные системы управления большегрузных автотранспортных средств / Учебное пособие. М.: МАДИ, 1989 - 74 с. - с.15;

- общий задатчик скорости движения транспортного средства - Авторское свидетельство СССР N 1062048, МКИ В 60 L 15/20, 1983;

- задатчик радиуса поворота оси - там же;

- задатчик скорости движения оси - там же;

- блок формирования команд - Петленко Б.И., Волков В.Д. Электронные системы управления большегрузных автотранспортных средств / Учебное пособие. М.: МАДИ, 1989 - 74 с. - с.16;

- блок определения углов поворота - там же с.16;

- исполнительные механизмы поворота - там же с.14;

- бортовой сумматор - Кващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. - с.82;

- бортовой нелинейный элемент Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление электроприводом М.: Энергия, 1974 - 328 с. - с.62;

- бортовой элемент сравнения - Автоматизация производства и промышленная электроника / Под ред. Берга А.И., Трапезникова В.А. в 4-х тт. - Т3. - М.: Советская энциклопедия, 1964. - 487 с. - с.402;

- источник опорного напряжения - Микросхемы и их применение: Справочное пособие /Батушев В.А. - М.: Радио и связь, 1985. - 272 с. - с.78;

- элемент сравнения - Автоматизация производства и промышленная электроника /Под ред. Берга А.И., Трапезникова В.А. в 4-х тт. - Т3. - М.: Советская энциклопедия, 1964. - 487 с. - с.402;

- элемент деления - Кириллов В.В., Моисеев B.C. Аналоговое моделирование динамических систем Л.: Машиностроение, 1977 - 288 с. - с.26;

- перемножитель - Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. - с.90;

- интегратор - Кириллов В. В., Моисеев B.C. Аналоговое моделирование динамических систем Л.: Машиностроение, 1977 - 288 с. - с.26;

- функциональный преобразователь Александров В.Н. Практика проектирования нелинейных систем управления методом фазовой плоскости М.: Энергия, 1973 - 144 с. - с.14;

- датчик нагрузки электропривода - Кривицкий С.О., Эпштейн И.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами М.: Энергия, 1970 - 152 с. - с.96;

- датчик нагрузки колеса Бабиков М.А., Косинский А.В. Элементы и устройства автоматики М.: Высшая школа, 1975, - 464 с. - с.69;

- регулятор - Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода М.: Энергоиздат, 1981 - 576 с. - с.465;

- электродвигатель, там же с.32;

- сумматор - Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. - с.82;

- нелинейный элемент - Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. -с.100.

Источники информации

1. Сергеев В.А. Корнилов П.Ю. Зарубежные транспортные средства для перевозки крупногабаритных тяжеловесных грузов. - М.: ЦНИИТЭИавтопром, 1988. - 46 с.

2. Авторское свидетельство СССР N 1062048, МКИ В 60 L 15/20, 1983.

3. Ульянов Н.А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин М.: Машиностроение, 1969. - 520 с.