Устройство для предотвращения бокового крена транспортного средства

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)5 В 60 G 21/00

ГОСУДАР СТВЕ ННЪ| Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896162/11 (22) 25.12.90 (46) 15.08.92, Бюл. ¹ 30 (71) Грузинский институт субтропического хозяйства (72) М.Г. Гогишвили, Г.А. Дундуа, Н.Д. Гогия и Н.Д. Чаправа (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1507599, кл. В 60 G 19/10, 1989, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ БОКОВОГО КРЕНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее остов, механизм выравнивания остова, профилометр, датчик крена, исполнительный механизм и вычислительный блок, вход которого связан с выходом профилометра, а выход- с входом испелнительного механизма, о т л и„„« Ы „„1754492 А1 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства, последнее дополнительно снабжено датчиком положения механизма выравнивания остова, датчиком перемещения транспортного средства, корректирующим устройством и суммирующим устройством, причем выходы датчика положения механизма выравнивания остова и датчика перемещения транспортного средства связаны с входом вычислительного блока, а выход датчика крена связан с входом корректирующего устройства, а выход последнего и выход вычислительного блока связаны с входом суммирующего устройства, выход которого сблокирован с входом исполнительного механизма.

1754492

Изобретение относится к устройствам для предотвращения бокового крена транспортного средства и, в частности, может быть использовано для сохранения заданного, например вертикального, положения сельскохозяйственных агрегатов, Известно устройство для предотвращения бокового крена транспортного средства, содержащее остов, механизм выравнивания остова в виде задних ведущих колес, установленных на остове посредством поворотных бортовых редукторов, передний мост в виде найравляющих колес, установленных на свободнокачающейся в вертикальной плоскости балке, датчик крена, датчик скорости, таймер, основной и дополнительный вычйслительные блоки, запоминающее устройство, исполнительный механизм в виде электрогИдравлического распределителя и гидроцилиндров, профилометр, Причем выходы датчика крена, профилометра и датчика скорости связаны с входом основного вычислительного блока, выход которого связан с входом дополнительного блока, другие входы последнего сблокированы с "выходами запоминающего устройства и таймера, а выход - с входом исполнительного механизма, Такое исполненйе устройства позволяет использовать неровности рельефа под передним направлятощим колесом в качест ве упреждающего управляющего сигнала для работы исполнительного механизма, что обеспечирает повышение стабильности вертикального положения остова транспортного средства, Однако для сохранения вертикального положения остова при подаче упреждающего сигнала в момент наезда на неровность заднего колеса необходимо чтобы последнее было перемещено в вертикальной плоскости на величину, равную высоте неровности, Последнее в укаэанном устрой. стве достигается лишь при условии перемещения задних колес в вертикальной плоскости со скоростью, равной скорости изменения высоты неровности рельефа. Изза различных причин (неточности измерения высоты неровности, погрешности вычислений, деформации шин и почвы под колесами и т.д.) скорость перемещения задних ведущих колес в вертикальной плоскости может не соответствовать скорости изменения высоты неровности и эти погрешности постепенно накапливаются. Так как цепь управления; профилометр — основной вычислительный блок — дополнительный вычислительный блок — блок управления -исполнительный механизм является разомкнутой, то контроль положения

25 низм, Для определения времени опережения

30 включения исполнительного механизма

55 в вертикальной плоскости задних ведущих колес не происходит. В результате этого в момент наезда задних ведущих колес на неровность они могут оказаться перемещенными в вертикальной плоскости на величину, не соответствующую высоте неровности. Последнее вызывает погрешность — отклонение остова от вертикального положения. Причем, чем выше необходимая скорость работы механизма выравнивания, тем больше погрешность, так как из-за инерционных характеристик механизм выравнивания не успевает реагировать на управляющий сигнал.

Указанное устройство позволяет сохранять вертикальность остова транспортного средства без датчика крена, а последнее необходимо для ликвидации появившейся погрешности. Однако при этом работа исполнительного механизма происходит со скоростью, пропорциональной величине погрешности, что Не обеспечивает оптимального управления из-за отсутствия корректирующих устройств в цепи; датчик крена — основной вычислительный блок— дополнительный вычислительный блок— блок управления — исполнительный мехакроме величин скорости движения транспортного средства, быстродействия и сигналов таймера необходимо знание величины базы транспортного средства, что в указанном устройстве принято постоянным, однако база переменна из-за перемещения бортов. В виду отсутствия возможности контроля положения последних невозможно точное определение величины базы агрегата, а следовательно, и точного времени опережения включения механизма выравнивания, что вызывает отклонение транспортного средства от вертикального положения, Кроме того, исполнительный механизм управляется по одной цепи; датчик крена и профилометр — основной вычислительный блок — дополнительный вычислительный блок — блок управления — исполнительный механизм. В случае выхода иэ строя одного из блоков или ошибки в вычислении, устройство прекращает функционировать, что может вызвать опрокидывание транспортного средства и другие нежелательные последствия.

Все вышеперечисленные недостатки снижают точность, быстродействие и надежность устройства предотвращения бокового крена транспортного средства, что в

1754492

sin а = f (P ) = arcsin,г

55 конечном счете снижает эффективность работы устройства.

Цель изобретения — повышение эффективности работы путем увеличения точности, быстродействия и надежности устройства предотвращения бокового крена остова транспортного средства.

Цель достигается тем, что устройство для предотвращения бокового крена транспортного средства, содержащее остов, механизм выравнивания остова, профилометр, датчик крена, исполнительный меха иэм и вычислительный блок, вход которого связан с выходом профилометра, а выход с входом исполнительного механизма, дополнительно снабжено датчиком положения механизма выравнивания остова, датчиком перемещения транспортного средства, корректирующим устройством и суммирующим устройством, причем выходы датчика положения механизма выравнивания остова и датчика перемещения связаны свходом вычислительного блока,,а выход датчика крена связан с входом корректирующего устройства, выход которого одновременно с выходом вычислительного блока связан с входом суммирующего устройства, выход которого сблокирован с входом исполнительного механизма, Такое исполнение устройства дает воэможность повышения точности работы уст- ройства за счет введения обратной связи по скорости движения и положения механизма выравнивания, Организация двух параллельных цепей управления механизмом выравнивания (от датчика крена и профилометра) повышает надежность работы устройства.

Суммирующее устройство управляет механизмом выравнивания сигналом, равным сумме сигналов от профилометра и датчика крена, преобразованного в корректирующем устройстве, что повышает скорость работы механизма выравнивания и делает его режим более оптимальным по быстродействию, На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для предотвращения бокового крена транспортного средства; на фиг,2 — принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.3 — схема распределе ния информации в запоминающем устройстве вычислительного блока, Устройство состоит из остова 1, механизма выравнивая остова, содержащего задние ведущие колеса 2, установленные на бортовых редукторах 3. поворачивающихся вокруг оси 4 посредством гидроцилиндров

5 чсреэ звенья 6, механизма навески flepeднего моста, содержащего звенья 7, соеди5

45 ненные, например, в виде параллелограмма, и колеса Я, датчик 9 крена, датчик tO положения механизма выравнивания ос1ова, профилометр, представляющий собой датчик 11 положения механизма навески переднего моста, датчик 1 2 перемещения транспортного средства, мультиплексор 13, вход которого связан с датчиком 10 и 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

14, вход которого связан с выходом мультиплексора 13, вычислительный блок (ВБ) 15, содержащий запоминающее устройство ЗУ и один вход которого связан с выходом АЦП

14, цйфроаналоговый преобразовател (ЦАП) 16, вход которого связан с выходом

ВБ 15, суммирующее устройство 17, пред ставляющее собой например, суммирую щий усилитель, один вход которого связан с выходом ВБ 15 через ЦАП 16, корректирующее устройство 18, например, в виде ин егродифференцирующего устройства, вход которого связан с датчиком 9 крена, а выход с вторым входом суммирующего устройства 17, исполнительный механизм в виде пропорционального электрогидравлического распределителя (ЭГР) 19 с обратной связью по скорости перемещения исполнительного механизма (в данном случае гидроцилиндров 5), причем вход ЭГР связан с выходом суммирующего устройства 17, а к выходу подключены гидроцилиндры 5.

У известных систем (Т-50К, Т-82К, T102K) механизм навески переднего моста позволяет копировать склон или микрорельеф таким образом, что последнее не отражается на вертикальность оси Z остова 1 (фиг,1), угол Р положения звеньев 7 относительно вертикального остова 1 однозначно зависит от угла склона а и конструкции навески переднего моста, При параллелограммном механизме навески; р =а+агсз п (— sin а), (1) о

Отсюда . (2)

Таким образом, измеряя датчиком 11 угол положения механизма навески, по формуле (2) определяется угол а склона под колесами 2 переднего моста (см.фиг,1).

Отклонение остова 1 от вертикального положения вызывается возмущением под задними ведущими колесами 2 (фиг.1), поэтому в виду того, что передние колеса 8 (фиг.1) подвергаются возмущению раньше

1754492 задних 2 и зто возмущение не отражается на вертикальности положения оси Z остова

1 (см.фиг.1), то угол Р замеренный датчиком 11; используется как входной сигнал для системы стабилизации остова 1, определенный с некоторым опережением, т;е. прогнозируется изменение склона с опережением на время:.

Т = ii (3)

t где L -L+ cos} ;

1 — база трактора, м (фиг,1);

Чтр — скорость трактора, м; у — угол положения борта 3 относительно горизонтального положения (относительно оси OY в плоскости ZOY); Ь вЂ” длина борта, м

 — колея задних колес, м

L — расстояние между осью переднего колеса и осью вращения борта 3 (фиг,1), В виду того, что при движении транспортного средства угол Р изменяется непрерывно, измеряя его с помощью датчика

11, преобразовывая по формуле (2) и записав в ЗУ, можно его извлекать из последнего с необходимым опережением и использовать как входной сйгнал для управления механизма выравнивания остова 1.

Каждой величине склона соответствует определенный поворот бортов 3 вокруг оси

4 (фиг.1), при котором обеспечивается вертикальность оси Z oñòîâý 1, Например, угол у поворота борта 3 вокруг оси 4 связан с величиной склона а формулой, у = arCSin —, - - tg а . (4)

В

Подставляя в (4) формулу (2), находим соответствие между у = arcain+ tg (агсяп

В (5)

При выполнении условия (5) с задержкой относительно момента появления возмущения под задними колесами 2 согласно (3), остов 1 агрегата будет постоянно занимать вертикальное положение.

Датчик 11 соединен с одним из звеньев

7 механизма навески переднего моста. Его выход электрически связан с входом мультиплексора 13. Датчик 9 крена установлен на остове 1 транспортного средства таким образом, чтобы он реагировал на отклонение оси 2 остова 1 от вертикали (относительно оси 02 в плоскости ZOX) (фиг.1).

Датчик крена электрически связан с входом корректирующего устройства 18. Выход корректирующего устройства 18 электрически соединен с одним иэ входов суммирующего устройства 17, управляющего своим выходом ЭГР 19, нагрузкой которого являются гидроцилиндры 5, Датчик 12 перемещения трактора связан с одним из колес трактора, в данном случае с колесом 2, и через определенное перемещение S выдает импульсы (напри10 (8) 50

55 где n — округленное до последующего целого значения числа отношение T2/Т1.

T2 — время запаздывания реакции срабатывания исполнительного механизма, с, T> — время между импульсами датчика

12, с.

Например, при Тг = 05 с, T> = 06 с, то и

= 1, если Т1 = 0,12 с, то n = 5 и т.д.

Пусть и = 9, т.е. используется содержимое 9 ячейки (как показано на фиг.3). В ВБ мер, через каждые = S = 0,25 м). Эти импульсы поступают на вход ВБ 15, Посчитав время

Т1 между импульсами, ВБ 15 определяет скорость транспортного средства.

Чтр =, м/с. (6)

Т1

В ЗУ ВБ 15 (фиг.2) определенный массив предназначен для хранения сигналов, полученных с датчика 11 и преобраэован20 ных согласно формулы (2). Сигнал с датчика

11 через мультиплексор 13 поступает на

АЦП 14, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой (например, в восьмиразрядный), а с выхода АЦП 14 поступает на

25 вход ВБ 15. При поступлении сигнала с датчика 12 перемещения происходит вычисление угла а bio формуле(2) и его запись в ЗУ, например, согласно фиг.3.

Число элементов N ЗУ массива равно:

N =—

S (7)

При 1 =2,5м, S=0,25м, N =10, Ячейки на фиг,3 символически показаны квадратами. Пустая ячейка незаштрихована, Сигнал

35 с датчика 11, преобразованный по формуле (2), поступает на первую ячейку. При каждом последующем импульсе происходит смещение содержимого ячейки слева направо. т.е. с 1-го содержимое передается во 2-й, с 2-ro

40 в 3-й и т.д. С последней ячейки содержимое пропадает, При вычислении угла у положения борта информация об угле Р в зависимости от времени запаздывания срабатывания механизма выравнивания ос45 това берется с одной иэ крайней правой ячейки, номер которой определяется по формуле

N =N-N, 1754492

15 на основании показаний датчика 10 по формуле (5) вычисляется угол у на который механизм выравнивания должен повернуть борта 3, и скорость |/ч работы гидроцилиндров 5 (фиг,1); где

= f () ) = Ъ (lo d sin tP +Ið (1 + соз ф) 5

10 ф = агссов

2а

15 где l1o — начальная длина гидроцилиндра 5 при исходном угле y„, м, I> — длина гидроцилиндра, на которую его необходимо установить для получения угла, определенного по формуле (5); а,b>,с — конструктивные размеры звеньев механизма выравнивания, м (фиг.1);

IQ — длина гидроцилиндра при угле y= 0 и вертикальном положении оси Z остова 1, С выхода ВБ 15 сигнал о величине скорости Чц работы гидроцилиндров 5, вычисленный согласно формуле (9), поступает на

ЦАП 16, который преобразует цифровой сигнал в аналоговый. Последний с выхода ЦАП

16 поступает на один из входов суммирующего устройства 17, где происходит его апгебраическое суммирование с сигналом, поступающим с корректирующего устройства 18, назначением которого является кор- 35 ректировка скорости работы . исполнительного механизма (гидроцилиндров 5), Устройство работает следующим образом, - - 40

До начала движения все ячейки ЗУ йусты, т.е. в них нет никакой информации. Импульсы с датчика 12 перемещения на ВБ 15 не поступают и не происходит запись информации в ЗУ ВБ 15. Если в зто время остов агрегата отклонен от вертикалй, то эт0 отклонение фиксируется датчиком 9 крена, который подается на вход корректирующего устройства 18, с выхода которого подается на вход ЭГР 19, который приводит в дейст-,.50 вие гидроцилиндры 5 и происходит выравнивание остова 1 агрегата. Скорость выравнивания пропорциональна величине отклонения, так как сигнал, поступающий на ЭГР 19 с выхода корректирующего уст- 55 ройства 18 зависит от величины отклонения и пропорционален этому отклонение. Корректирующее устройство 18 обеспечивает улучшение амплитудно-фазочастотной характеристики цепочки. датчик 9 — ЭГР 19— гидроцилиндры 5 — остов 1 агрегата, По достижении остовом 1 агрегата вертикального положения сигнала с датчика Q не будет и гидроцилиндры 5 прекратят перемещение остова 1 агрегата. Система придет в ра в но вес ное состоя н ие.

После начала движения агрегата начнут поступать сигналы с датчика 12 перемещения агрегата на ВБ 15. Аналоговые сигналы датчиков 10 и 11, преобразованные в цифровой в АЦП 14, с выхода последнего поступают на вход ВБ 15. В ВБ 15 по показаниям датчиков 11 будет определена величина склона а по формуле (2) и после первого импульса с датчика 12 будет записана в первую ячейку ЗУ В Б 15. В это время все остальные ячейки пусты, в том числе и 9, с которого информация используется для определения угла у положения борта 3 и скорости Ч„ движения гидроцилиндров 5. Следовательно, сигнал с выхода ВБ 15 на суммирующее устройство 17 отсутствует и работа гидроцилиндров 5 происходит только по сигналу от датчика 9 крена. Аналогично происходит включая 9 импульс, при котором все 9 ячеек заполняются информацией о величине угла а склона. На девятый импульс информация с 9 ячейки используется для подсчета величины угла у и скорости Vq движенйя гидроцилиндров 5 по формуле (9), Эта величина, преобразованная s аналоговый сйгнал в

ЦАП l6, подается на суммирующий усилитель 17, где складывается с сигналом, поступающим с датчика 9 крена (если остов 1 отклонен от вертикального положения).

Суммарный сигнал управляет посредстваМ

ЭГР 19 и гидроЦилиндров 5 положение(й бортов 3 и скоростью движения гидроцилиндров 5. Как только борт достигнет положения у, сигнал на суммйрующем усилителе 17 исчезнет и движение борта прекратится, Если после этого в результате погрешностей в измерении сигналов или расчета была неточно определена скорость движения гидроцилиндров 5 и угол у положения бортов 3, то остов t агрегата отклонится от вертикали. Появится сигнал на датчике 9 крена и на суммируюЩей усилителе 17, где он алгебраически сложится с сигналом с ВБ

15 и ЭГР 19 будет управляться суммарнйм сигналом, который исчезнет после прихода остова в вертикальное положение и наступит равновесие.

Применение вышеуказанной системы стабилизации позволит повысить рабочие скорости движения с.-х. агрегата и улучшит технологический процесс возделывания с.11

1754492

12 х. культур на склоне, что в конечном счете повысит производительность и эффективность механизированных работ в горном земледелии.