Закон оптимального управления подводимой мощностью к движителю колёсной машины при криволинейном движении

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Введение. Высокоподвижные колёсные машины предназначены для движения по дорогам и местности в различных дорожно-грунтовых условиях, что сопровождается частым и значительным по величине изменением тяговых сил и сил сопротивлений качению. В этой связи, для сохранения показателей подвижности машины и обеспечения низких затрат энергии при выполнении транспортных задач необходимо непрерывно в процессе движения изменять режим работы от полностью блокированного до дифференциального в случае механической трансмиссии. При этом выбираемый водителем режим работы трансмиссии не всегда является рациональным. Таким образом, разработка закона управления подводимой мощностью к движителю, обеспечивающего минимальные потери энергии при сохранении подвижности машины в широко изменяющихся дорожных условиях является актуальной задачей.

Цель работы — повышение энергоэффективности высокоподвижных колёсных машин путём применения адаптивного к условиям движения закона управления подводимой мощностью к движителю.

Методология и методы. Повышение энергоэффективности движения может быть достигнуто за счёт снижения потерь на буксование колёс путём управления подводимой мощностью к движителю. Закон управления целесообразно получить в результате решения задачи оптимизации, где в качестве целевой функции выбрана мощность потерь, а в качестве варьируемых величин — силы тяги, развиваемые на каждом из колёс. При этом для сохранения возможности движения машины необходимо учесть, что суммарная тяговая сила на всех колёсах должна определяться внешними условиями и обеспечиваться силовой установкой. Для решения задачи оптимизации применён метод множителей Лагранжа.

Результаты и научная новизна. Проведённые исследования позволили в аналитическом виде получить единый закон адаптивного управления подводимой мощностью к движителям, применимый в широком диапазоне дорожных условий, как при прямолинейном, так и при криволинейном движении, обеспечивающий близкое к оптимальному распределение моментов по ведущим колёсам машины.

Практическая значимость. Применение разработанного закона управления подводимой мощностью к движителям, основанного на использовании в процессе движения информации о продольной и вертикальной силах на осях колёс, их частотах вращения и углах поворота, а также оценке коэффициента сцепления с опорной поверхностью, позволит повысить эффективность выполнения транспортных задач при движении машины в непрерывно изменяющихся дорожных условиях. Это достигается за счёт снижения нагрузки на водителя в части управления блокировками дифференциалов в сравнении с механической трансмиссией, как при прямолинейном, так и при криволинейном движении.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Георгий Олегович Котиев

Казанский федеральный университет

Email: kotievgo@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7884-157X
SPIN-код: 8963-6431

д-р техн. наук, профессор, директор Набережночелнинского института КФУ

Россия, Казань

Василий Александрович Горелов

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: gorelov_va@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2171-6302
SPIN-код: 1455-9984

д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

Россия, Москва

Борис Борисович Косицын

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: kositsyn_b@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2131-2738
SPIN-код: 2005-7528

д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры «Колёсные машины»

Россия, Москва

Руслан Ленарович Газизуллин

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: rlgazizullin@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4022-9286
SPIN-код: 3145-4190

канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры «Колёсные машины»

Россия, Москва

Константин Евгеньевич Бяков

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: byakov@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9922-5810
SPIN-код: 7678-7778

канд. техн. наук, доцент кафедры «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Petrushov VA, Moskovkin VA, Shuklin SA. Rolling resistance of cars and road trains. Mechanical engineering, 1975. (In Russ.)
  2. Kotiev GO, Gumerov IF, Stadukhin AA, et al. Deceleration selection for high-mobility wheeled vehicles with auxiliary brake systems. Transactions of NNSTU n.a. R.E. Alekseev. 2019;4(127):146–157. (In Russ.). doi: 10.46960/1816-210X_2019_4_146
  3. Shukhman SB, Solo‘ev VI, Prochko EI. The theory of the power drive of the wheels of high-terrain vehicles. Agribusiness Center, 2007. (In Russ.) ISBN 978-5-902792-15-4.
  4. Kozachenko VF, Ostirov VN, Lashkevich MM. Electric transmission based on a valve-inductor motor with independent excitation. Electrical Engineering. 2014;(2):54–60.
  5. Gruzovik Press “Platforma-O”. Accessed: 05.03.2024. Available from: https://www.gruzovikpress.ru.article/12471-opytniy-obrazets-transportno-ustanovochnogo-agregata-15t528-na-4-osnom-shassi-semeystva-kamaz-7850h-platforma-o-sluhi-i-fakty. (In Russ.)
  6. Andreev AF, Kabanau VI, Vantsevich VV. Driveline systems of ground vehicles. Theory and design. CRS Press. 2010.
  7. Vantsevich VV, Vysotskii MS, Doubovik DA. Power control in the engine as a means of controlling the dynamics of wheeled vehicles. Automotive industry. 2004:13–16. (In Russ.)
  8. Vantsevich VV, Vysotskii MS, Doubivik DA. Control of the Wheel Driving Forces as the Basis of Controlling Off-Road Vehicle Dynamics. SAE Technical Paper. 2002. doi: 10.4271/2002-01-1472
  9. Mostafa AS, Vladimir VV, Thimas RW, et al. UGV with a distributed electric driveline: Controlling for maximum slip energy efficiency on stohastic terrain. Journal of Terramechanics. 2018;79:41–57. doi: 10.1016/j.jterra.2018.06.001
  10. Keller AV. Methodological principles of optimizing power distribution between the propellers of wheeled vehicles. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2006;11:96–101. (In Russ.)
  11. Pliev IA, Saikin AM, Arkhipov AV, et al. A unified algorithm for controlling the torques applied to the wheels of four-wheel drive vehicles. Izvestiya MGTU “MAMI”. 2012;1(2):297–303. (In Russ.) EDN: PUWQIX
  12. Kotiev GO, Kositsyn BB, Evseev KB, et al. Law of optimal control of power supplied to wheeled vehicle running gear when moving linearly. Trudy NAMI. 2022;(4):43–57. (In Russ.) doi: 10.51187/0135-3152-2022-4-43-57
  13. Kositsyn BB. Scientific methods of increasing the mobility of wheeled combat vehicles by improving braking properties [dissertation]. Moscow. 2021. (In Russ.)
  14. Kotiev GO, Gorelov VA, Miroshnichenko AV. Development of the law of control of the individual drive of the movers of a multi-axle wheeled vehicle. News of higher educational institutions. Mechanical engineering. 2012;1:45–59. (In Russ.)
  15. Stadukhin AA. Scientific methods for determining the rational parameters of electromechanical transmissions of highly mobile tracked vehicles [dissertation]. 05.05.03, Stadukhin Anton Alekseevich. Moscow, 2021. p 314. (In Russ.)
  16. Gill PE, Muray W, Wright МH. Practical optimization. Moscow: Mir; 1985. (In Russ.)
  17. Bunday BD. Basic Linear Programming. School of Mathematical Sciences. Bradford: University of Bradford. 1989.
  18. Platonov VF, Leiashvili GR. Tracked and wheeled transport and traction vehicles. Mechanical engineering. 1986. (In Russ.)
  19. Larin V.V. Theory of motion of four-wheel drive wheeled vehicles. Moscow: MGTU im NE Baumana. 2010. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Расчётная схема стационарного поворота колёсной машины при движении с пренебрежимо малыми углами увода колёс: O — центр поворота; C — центр масс машины; xCy — система координат, связанная с центром масс машины; Ri — радиус траектории качения i-того колеса; θi — угол поворота i-того колеса относительно продольной оси машины; v — скорость центра масс машины; ωz — угловая скорость вращения корпуса машины вокруг вертикальной оси; yкi — поперечная координата i-того колеса.

Скачать (83KB)
3. Рис. 2. Расчётная схема движения машины в горизонтальной плоскости: x’iOy’i— неподвижная система координат, связанная с опорной поверхностью; x’’iO’’iy’’i — система координат, связанная i-колесом машины и расположена в геометрическом центре пятна контакта Оi ; xкi — продольная координата i-того колеса.

Скачать (106KB)
4. Рис. 3. График изменения коэффициентов сопротивления качению f колёс машины в зависимости от номера виртуального эксперимента.

Скачать (141KB)
5. Рис. 4. Результаты вычислительного эксперимента в зависимости от расчётного случая: а — крутящие моменты на колёсах машины; b — продольные реакции на колёсах; c — величины коэффициентов буксования на колёсах; d — мощность, подводимая к колёсам.

Скачать (903KB)
6. Рис. 5. График изменения коэффициента удельных потерь мощности в зависимости от типа привода и номера вычислительного эксперимента.

Скачать (110KB)
7. Рис. 6. График изменения углов увода по осям машины в зависимости от типа привода и номера вычислительного эксперимента.

Скачать (251KB)
8. Рис. 7. Результаты вычислительного эксперимента для скорости движения 7 м/с: а — разница углов увода по осям; b — коэффициент удельных потерь мощности; c — углы увода по осям.

Скачать (447KB)
9. Рис. 8. Результаты вычислительного эксперимента для скорости движения 9 м/с: а — разница углов увода по осям; b — коэффициент удельных потерь мощности; c — углы увода по осям.

Скачать (452KB)

© Эко-Вектор, 2024



 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.