Устройство для моделирования колебаний гусеничных машин
1. yCTPOaCfiBO ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОЛБВАНИЙ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН ПО авт.св. 842865, о тли ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьлиения точности моделирования колебаний гусеничной машины за счет имитации ударных перегрузок подвески, оно дополнительно содержит сумматор, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходом блоi ка задания линейной скорости и шиной постоянного напряжения, а выход сумматора соединен с вторым входом (формирователя заднего фронта сигнала. СО N9 сс со ф о
,SU„„1023366 А (5р 07 7/70
ГОСЩАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР
f16 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОГНРЦТИЙ с
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ASÒÎÂÑÍÎÌÓ СЭИДЕТВЪ Ч ВМ
;(61) 842865 (21) 3391100/18-24 (22) 08.02.82 (46) 15.06.83. Вюл. 9 22 (72) A.A.Áåëüêå (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 842865 кл. Q 06 Q 7/70, 1979. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИ- —.
РОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ГУСЕНИЧНЫХ КАШИН по авт.cs. В 842865, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования колебаний гусеничной машины за счет имитации ударных перегрузок подвески, оно дополнительно содержит сумматор, первый и второй входы которого соот ветственно соединены с выходом бло-! ка задания линейной скорости и шиной постоянного напряжения, а выход сумматора соединен с вторым входом формирователя заднего фронта сигнала.
1023366
2, Устройство по и. i, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь заднего фронта сигнала содержит инвертор, усилительный транзистор, операционный усилитель, накопительный конденсатор, три ограничительных резистора и выпрямительный диод, анод котброго является первым входом формирователя, катод соединен с входом инвертора, эмиттером усилительного транзистора и через первый ограничительный резистор - с неинвертирующим входом операционного усилителя и
Изобретение отнбсится к аналоговычислительной технике, может быть использовано в тренажерах для обучения водителей гусеничных машин, в исследовательских стендах.
По основному авт.св. Р 842865 известно устройство для моделирования колебаний гусеничных машин, содержащее датчик угла наклбна местности, выход которого через формирова"10 тель заднего фронта сигнала подключен к первому входу интегратора, блок эадния линейной скорости, инерционное звено, блок умножения Й блок моделирования подвески гусеничной машины, выход которого соединен с исполнительным механизмом, а вход блока моделирования подвески гусе,ничной машины соединен с первым входом инерционного звена и подключен к выходу интегратора, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, входы которого соединены с выходами блока задания линейной скорости и инерционного звена, вторбй вход которого подключен к выходу датчика угла наклона местности.
В этом устройстве блок моделиро вания подвески гусеничной машины содержит источник питания, инверторы, сумматоры и интеграторы, причем 30 первый вход первого сумматора является входом блока, выход первого сумматора через первый интегратор подключен к входам второго интегратора и первого инвертора, выход 35 которого соединен с вторым входом первого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго ин-,. тегратора, связанному с первым входом . второго сумматора, второй вход кото- 40 рого соединен с выходом йсточника питания., выход второго сумматора подключен к входу второго инвертора, выход которого является выходом блока(1) .
Однако при формировании заднего фронта сигнала не учитывается вынос выводом накопительного конденсатора, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход операционного усилителя через второй ограничительный резистор соединен с выходом операционного усилителя и коллектором усилительного транзистора, база которого соединена с выводом третьего ограничительного резистора, другой вывод которого является вторым входом формирователя, выходом которого является выход инвертора. центра тяжести гусеничной машины в зависимости от скорости. Вследствие этого в реальных условиях при движении на высоких скоростях могут возникнуть значительные ударные перегрузки в подвеске ГМ, которые отрицательно сказываются на состоянии водителя и могут привести даже к травмам последнего, а также к поломкам ходовой части.
В известном устройстве также ударные перегрузки не моделируются.
При использовании данного устройства в тренажере обучаемый водитель не испытывает воздействия данного фактора и не получает навыков, необходимых для исключения воздействия ударных перегрузок. Такие навыки являются довольно сложными и определяются сложными действиями, заключающимися в умении так снизить скорость машины, чтобы ее передняя часть плавно опускалась. Такое управление может осуществить водитель, хорошо, чувствующий машину.
Целью изобретения является ïoâûшение тоыности моделирования колебаний гусеничной машины за счет имитации ударных перегрузок подвески.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирова- ния колебаний гусеничных машин дополнительно.введен сумматор, первый и второй выходы которого соответственно соединены с выходом блока задания линейной скорости и шиной постоянного напряжения, а выход сумматора соединен со вторым входом формирователя заднего фронта сигнала.
Кроме того, формирователь заднего фронта сигнала содержит инвертор, усилительный транзистор, операционный усилитель, накопительный конденсатор, три ограничительных резистора, выпрямительный диод, анод которого является первым входом формирователя, катод соединен со входом инвертора, 10233бб с эмиттером усилительного транзистора и через первый ограничительный— резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и вы-. водом накопительного конденсатора, другой вывод которого соединен с ши- 5 ной нулевого потенциала, инвертирующий вход операционного усилителя через второй ограничительный резистор. соединен с выходом операционного усилителя и коллектором усилительного 1Î транзистора; база которого соединена с выходом третьего ограничительного резистора, другой вывод которого является вторым входом формирователя, выходом которого является выход инвер1 тора.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — форма сигнала на выходе формирователя заднего фронта сигнала в зависимости от моделируемой скорости. 20
Устройство содержит соединенные датчик угла наклона местности 1, формирователь 2 заднего фронта сигнала, .интегратор 3, инерционное звено 4, блок 5 умножения, сумматор б, блок 7 25 задания линейной скорости, блок 8 моделирования подвески, исполнительный механизм 9. .Формирователь заднего фронта сигнала содержит выпрямительный. диод 10, 30 накопительный конденсатор 11, второй ограничительный резистор 12, операционный усилитель 13, первый ограничительный резистор 14, усилительный транзистор 15, третий ограничительный резистор 16 и инвертор, сос-, тоящий из резисторов. 17, 18 и операционного усилителя 19.
Блок 8 моделирования подвески содержит последовательно соединенные сумматор 20, интегратор 21, интег, ратор 22, сумматор 23 и инвертор 24..
Выходы интеграторов 21 и 22 соедннены соответственно через инвертор 25 и непосредственно с первым и вторым входами сумматора 20, третий вход ко-45 торого является входом блока, второй вход сумматора 23 соединен с источником питания, а выход инвертора 24 является выходом блока.
Устройство работает следующим об- щ разом.
В начальном положении с выхода датчика 1 снимается положительное напряжение U@, пропорциональное углу наклона местности, и подается на блоки
2 и 4. Выходное напряжение У интегратора 3 с ограничиваемым уровнем пропорционально углу наклона неподрессоренной части машйны, равно Ug, но противоположно ему по знаку. В этом случае воспроизводится режим, когда™ машина движется по местности с постоянным углом наклона опорной поверхности гусениц.
Пос..<ольку U<-- У напряжение на втором входе блока 5 умножения равно 65 нулю. На первый вход этого блока подается положительное напряжение Uq пропорциональное скорости прямолинейного- движения с блока 7. При этом на выходе блока 5 напряжение равно нулю.
При моделировании изменения угла наклона неподрессоренной части машины при увеличении угла наклона местности на Ь на выходе датчика 1 происходит .увеличение напряжения на величину 6 Ug, т.е. общее выходное напряжение становится равным U» Ф Ь U<. Последнее поступает на один из входов инерционного звена 4 и на вход формирователя 2, через который оно проходит без изменения по величине и, проинвертировавшись по знаку, поступает на управляющий вход интегратора 3. В результате этого уровень ограничения заряда интегратора 3 увеличивается на величину ь U< и становится равным
Uy+ Ь U . В первый момент времени напряжение на выходе интегратора
-U q = U . Оно поступает на второй вход инерционного звена 4, на выходе которого появляется напряжение — д U<.
Постоянная времени инерционного звена 4 выбрана так, чтобы величина
U сохранялась весь период заряда интегратора 3. Напряжение- U -(Qg $ $(Jg) ° Время заряда интегратора 3, т..е. время въезда опорной поверхности гусениц на угол 5 o6, пропорционально напряжению U Для моделирования изменения угла наклойа неподрессоренной части гусеничной машины при уменьшении угла наклона местности используется упрощенная апроксимация возникновения ударнык воздействий неподрессоренной части о грунт при различных скоростях. Такая апроксимация показана на. фиг.2 в виде изменения формы прямоугольного импульса на выходе формирователя 2 в зависимости от напряжения Ug . В этом случае устройство работает следующим образом. При уменьшении угла наклона местности иа величину Ьк, напряжение на выходе датчика 1 становится равным О в Ь П . Это напряжение поступает на вход формирователя 2 и вход инерционного звена 4. Формирователь 2 представляет собой интегрирующую цепочку, на входе которой стоит выпрямительный элемент 10. В качестве конденсатора этой цепочки используется умножитель емкости, состоящий из элементов 11-15. 1023366 Таким образом получается, что при увеличении сигнала на величину ЬЯ» конденсатор заряжается практически мгновенно, так как выходное сопро тивление датчика 1 и прямое сопротивление:выпрямительного диода незначи- 5 тельны. При уменьшении же напряжения через формирователь 2 заднего фронта сигнала О.g- LU< разряд конденсатора осуществляется через резистор 17 инвертора, так как в этом Щ случае выпрямительный диод 10 включен в обратном направлении. Таким образом, время разряда, в первом приближении, определяется произ,ведением СЙ, где С - емкость ими- »5 тируемого с йомощьр умножителя емец, кости конденсатора и равна С= ц С кэ где з - сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 15. Если рассматривать К z как постоянное сопротивление, то умножение емкости осуществляется за счет увеличения сдвига фазы конденсатора 11. Если бы сопротивление R„z не изменялось, то форма заднего фронта сигнала соответствовала бы Ч» > О, т.е. скорости которая чуть больше . нуля. В этом случае транзистор 15 полностью открыт напряжением, поступающим через резистор 16. 30 Сопротивление полностью открытого транзистора мало и почти не зависит от напряжения коллектор-эмиттер, т.е. в случае имитации малой скорос- ти движения емкость имитируемого кон-35 денсатора наибольшая. При уменьшении напряжения на резисторе 16 сопротивление перехода коллектор-эмиттер увеличивается. Однако в первый момент, когда разность потенциалов между коллектором и эмит .тером равна О, сопротивление В этого перехода очень большое. Следовательно, имитируемая емкость мала и поэтому в начале заднего фронта происходит скачок до того, как появится разность потенциалов между коллектором и имиттером. Чем меньше напряжение на базе транзистора 15, тем больше скачок заднего фронта. чтобы обеспечить зависимость на- 5О :,пряжения на базе от скорости, в устройство введен сумматор 6, на один вход которого подается напряжение от источника питания, причем это напря-., жение пропорционально максимально воэ-, 55 МОЖНОЙ скорости движения Вишины, На другой вход сумматора 6 подается на.-: пряжение, пропорциональное лйнейной скорости движения машины. Таким образом, на выходе сумматора6 имеется напряжение 0 = 0 „0, кото- рое и подается через резистор 16 иа базу транзистора 15. Так как время опускания передней часты машины обычно меньше, чем вре- 65 мя подъема, то при моделировании изменения угла наклона неподрессоренной части при уменьшении угла наклона влияние напряжения 0 ° U с выхода блока умножения 5 на разряд итегратора 3 мало и поэтому в данном случае не учитывается. Гусеничная машина состоит иэ неподрессоренной и подрессоренной частей,-соединенных между собой системой подвески. Уравнение угловых колебаний подрессоренной части гусеничной машины имеет вид В Р8»К 6 А где 6 — угол наклона подрессоренной части; Р— коэффициент затухания, К - частота собственных колебаний подрессоренной части; A - внешнее воздействие Это уравнение, где переменной является напряжение U g, пропорцио" нальное углу наклона подрессоренной части, а внешним воздействиемнапряжение 6,0@,имеет вид !! 1 Ug Up g g= Ucp РешаЪтся это уравнение с помощью блока 8 следующим образом. Сумматор 20 производит сложение напряжений Ug; Uy, -aUy с учетом коэффициентов Р, КЙ . На выходе сумматора 20 возникает напряжение Ug, пропорциональное угловому ускорению подрессоренной части. Это напряжение интегрируется с помощью интегратора 21, на выходе которого формируется напряжение — Ug которое инвертируется инвертором 25 и подается,на вход сумматора 20. Напряжение Ue с выхода интегратора 21 интегрируется с помощью интегратора 22 в результате чего на выходе последнего появляется напряжение Uq пропорциональное углу наклона подрессоренной части машины, которое также подается на один иэ входов сумматора 20 и сумматора 23. В нем оно суммируется с напряжением источника питания, пропорциональным значению угла, соответствующего горизонтальному положению подрессоренной части. Напряжение Ug„поступающее с сумматора 23, через инвертор 24 по ступает на исполнительный механизм 9. Таким образом, данное устройство позволяет с достаточно высокрй точностью моделировать колебания гусеничной машины Применение данного устройства в тренажере позволяет прививать навыки вождения гусеничной машины .по местностй со сложным рельефом. Это,.в свою очередь, приводит к экономии моторесурса, горюче-смазочных материалов, а также позволяет предотвратить поломки машин и травье, получаемые при неправильном управлении. - 10233бб Ьг2 Составитель В. Фукалов Техред Л. Пекарь Корректор A. Иль ин Редактор Н.Горват Заказ 4216/35 Тираж 573 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4
