Izvestiya MGTU MAMIIzvestiya MGTU MAMIИзвестия МГТУ “МАМИ“2074-05302949-1428Moscow Polytechnic University10457810.17816/2074-0530-104578Transport and transport-technological facilitiesТранспортные и транспортно-технологические комплексыResearch ArticleMathematical simulation of the automatic control of the tractor power unitМатематическое моделирование автоматического управления силовой установкой трактораhttps://orcid.org/0000-0002-5646-29984405-9649HoodorozhkovSergey I.ХудорожковСергей Иванович
Russian Federation

Dr. Sci. (Engin.), Professor Higher school of transport

д-р техн. наук , профессор Высшая школа транспорта

xcu-55@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8680-31754268-7732KrasilnikovAndrey A.КрасильниковАндрей Александрович
Russian Federation

Cand. Sci. (Engin.), Associate Professor Higher school of transport

канд. техн. наук, доцент Высшая школа транспорта

a_kr36@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7206-13855915-4536GubachovMatvey S.ГубачевМатвей Сергеевич
Russian Federation

Engineer Higher, school of transport

инженер, Высшая школа транспорта

matvey1596@mail.ruPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityСанкт-Петербургский политехнический университет0211202216161690803202203052022Copyright ©; 2022, Hoodorozhkov S.I., Krasilnikov A.A., Gubachov M.S.Copyright ©; 2022, Худорожков С.И., Красильников А.А., Губачев М.С.2022Hoodorozhkov S.I., Krasilnikov A.A., Gubachov M.S.Худорожков С.И., Красильников А.А., Губачев М.С.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/2074-0530/article/view/104578

BACKGROUND: Many manufacturers of agricultural tractors have machines with automatic gearboxes in their product line. The development of the design of this type of transmissions, the control system and the algorithm of its operation is an urgent technical task.

The article considers the issues of mathematical simulation of the working process of the automatic transmission of a wheeled tractor and the automatic transmission control system.

AIMS: The purpose of the work was to determine the optimal control laws of automatic control of a wheeled agricultural tractor engine and transmission in various operating modes using a digital model of the tractor transmission.

METHODS: Simulation of working conditions is performed in the Matlab program digital software packages and its applications – Simulink, Simscape. At the same time, with the help of fundamental data blocks of these applications, models of the physical components of the gearbox and the machine engine and the tractor power transmission control system, are created.

RESULTS: The application procedure of the MATLab–Simulink, Simscape software package for mathematical modeling of transmission operation control is considered. With the help of the developed mathematical model, a simulation of the tractor power unit operation in the main operating modes was carried out in order to optimize the characteristics of the tractor control system.

The scientific novelty of the research lies in the selection and optimization of the transmission control laws in accordance with the requirements to agricultural tractors with an automatic step gearbox.

CONCLUSION: The practical utility (value) of the research lies in the possibility of using the proposed control laws to develop a transmission control system for new tractors with an automatic step gearbox.

Введение. Ведущие производители сельскохозяйственных тракторов имеют линейке своей продукции машины с автоматическими коробками перемены передач. Разработка конструкции данного типа трансмиссий, системы управления и алгоритма ее работы является актуальной технической задачей.

В статье рассмотрены вопросы математического моделирования работы автоматической трансмиссии колесного трактора и системы автоматического управления трансмиссией.

Цель работы – определение оптимальных законов автоматического управления двигателем и трансмиссией колесного сельскохозяйственного трактора на различных режимах работы с применением цифровой модели трансмиссии трактора.

Метод исследования. Моделирование условий работы выполнено в программе Matlab и его приложениях – Simulink, Simscape. При этом при помощи фундаментальных блоков данных приложений созданы модели физических компонентов коробки перемены передач и двигателя машины, а также системы управления силовой передачей трактора.

Результаты. Рассмотрен порядок применения пакета программ MATLab – Simulink, Simscape для математического моделирования управления работой трансмиссией. С помощью разработанной математической модели проведена симуляция работы силовой установки трактора в основных режимах работы с целью оптимизации характеристик системы управления.

Заключение. Научная новизна исследования заключается в выборе и оптимизации законов управления трансмиссией в соответствии с требованиями, предъявляемыми к сельскохозяйственным тракторам с автоматической ступенчатой коробкой передач.

Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенных законов управления для разработки системы управления трансмиссией новых тракторов с автоматической ступенчатой коробкой передач.

transmissioncontrol systemgearboxagricultural tractornumerical simulationтрансмиссиясистема управлениякоробка перемены передачтракторчисленное моделированиеChancellor WJ, Thai NC. Automatic control of tractor transmission ratio and engine speed. Transaction of the ASAE. 1984;27(3):642–646.Chancellor W.J., Thai N.C. Automatic control of tractor transmission ratio and engine speed // Transaction of the ASAE. 1984. Vol. 27, N 3. P. 642–646.Ksenevich IP, Tarasik VP. Sistemy avtomaticheskogo upravleniya stupenchatymi transmissiyami traktorov. Moscow: Mashinostroenie, 1979. (In Russ).Ксеневич И.П., Тарасик В.П. Системы автоматического управления ступенчатыми трансмиссиями тракторов. Москва: Машиностроение, 1979.Gubachev MS. Optimizatsiya avtomaticheskogo upravleniya dvigatelem i transmissiei sel’skokhozyai-stvennogo kolesnogo traktora [vypusknaya kvalifikatsionnaya rabota magistra]. Saint Petersburg: Sankt-Peterburgskii politekhnicheskii universitet Petra Velikogo, 2020.Губачев М.С. Оптимизация автоматического управления двигателем и трансмиссией сельскохозяйственного колесного трактора.: выпускная квалификационная работа магистра. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2020.Newman K, Kargul J, Barba D. Development and Testing of an Automatic Transmission Shift Schedule Algorithm for Vehicle Simulation. SAE International Journal of Engines. 2015;8(3): 1417–1427. doi: 10.4271/2015-01-1142Newman K., Kargul J., Barba D. Development and Testing of an Automatic Transmission Shift Schedule Algorithm for Vehicle Simulation // SAE International Journal of Engines. 2015. Vol. 8, N 3. P. 1417–1427. doi: 10.4271/2015-01-1142Lei Y, Liu K, Zhang Y, et al. Adaptive Gearshift Strategy Based on Generalized Load Recognition for Automatic Transmission Vehicles. Mathematical Problems in Engineering. 2015;2015:1–12. doi: 10.1155/2015/614989Lei Y., Liu K., Zhang Y., et al. Adaptive Gearshift Strategy Based on Generalized Load Recognition for Automatic Transmission Vehicles // Mathematical Problems in Engineering. 2015. Vol. 2015, P. 1–12. doi: 10.1155/2015/614989Ngo DV. Gear shift strategies for automotive transmissions. Gear shift strategies for automotive transmissions [Phd Thesis]. Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2012. Available from: https://research.tue.nl/en/publications/gear-shift-strategies-for-automotive-transmissions Accessed: Jun 13, 2022.Ngo D.V. Gear shift strategies for automotive transmissions. Gear shift strategies for automotive transmissions [Phd Thesis]. Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2012. Available from: https://research.tue.nl/en/publications/gear-shift-strategies-for-automotive-transmissions Accessed: Jun 13, 2022.Liangjiea G, Tiezhub Z, Yongzhic M. Shift Schedule of Automatic Transmission of Construction Vehicle Based on Matlab/Simulink. Proceedings of AMEII 2016; 2016 Apr 9–10; Hangzhou, Zhejiang, China. Available at: https://www.atlantis-press.com/article/25854676.pdf Accessed: Jun 13, 2022.Liangjiea G., Tiezhub Z., Yongzhic M. Shift Schedule of Automatic Transmission of Construction Vehicle Based on Matlab/Simulink. Proceedings of AMEII 2016; 2016 April 9–10; Hangzhou, Zhejiang, China. Available at: https://www.atlantis-press.com/article/25854676.pdf Accessed: Jun 13, 2022.Petrov VA. Avtomaticheskie sistemy transportnykh mashin. Moscow: Mashinostroenie, 1974. (In Russ).Петров В.А. Автоматические системы транспортных машин. Москва: Машиностроение, 1974.Ksenevich IP, Tarasik VP. Teoriya i proektirovanie avtomaticheskikh sistem: uchebnik dlya studentov vyssh. uchebn. zavedenii. Moscow: Mashinostroenie, 1996. (In Russ).Ксеневич И.П., Тарасик В.П. Теория и проектирование автоматических систем: учебник для студентов высш. учебн. заведений. Москва: Машиностроение, 1996.The MathWorks, Inc. Simscape User’s Guide [Internet]. Available from: https://manualzz.com/doc/4120719/simscape-user-s-guide Accessed: Jun 13, 2022.The MathWorks, Inc. Using SIMULINK [Internet]. Available from: https://manualzz.com/doc/863459/using-simulink Accessed: Jun 13, 2022.Hoodorozhkov S, Demidov N, Krasilnikov A. Dynamics of Working Processes in Automatic Transmission of Tractors. International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2020;14(2). doi: 10.15866/ireme.v14i2.18264Hoodorozhkov S., Demidov N., Krasilnikov A. Dynamics of Working Processes in Automatic Transmission of Tractors // International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2020. Vol. 14, N 2. doi: 10.15866/ireme.v14i2.18264Demidov NN, Krasilnikov AA, Hoodorozhkov SI. Tractor Gearbox: Research of Shifting Gears’ Processes. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020;17(1):58–71. doi: 10.26518/2071-7296-2020-17-1-58-71Демидов Н.Н., Красильников А.А., Худорожков С.И. Исследование процесса переключения в коробке перемены передач трактора // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2020. Т. 17, № 1. С. 58–71. doi: 10.26518/2071-7296-2020-17-1-58-71Dvigateli YaMZ-536, YaMZ-5361, YaMZ-5362, YaMZ-5363, YaMZ-5364: Rukovodstvo po ekspluatatsii 536.3902150 RE [Intenet]. Available at: https://izh-maz.ru/data/documents/536.3902150-RE.pdf Accessed: Jun 13, 2022.Двигатели ЯМЗ-536, ЯМЗ-5361, ЯМЗ-5362, ЯМЗ-5363, ЯМЗ-5364: Руководство по эксплуатации 536.3902150 РЭ. [Электронный документ] Режим доступа: http://izh-maz.ru/data/documents/536.3902150-RE.pdf Дата обращения: 13.06.2022.