Устройство для моделирования динамики движения гусеничной машины

 

Союэ Советскик

Социалистическик

Республик

О П И С А Н И Е (и)940186

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{613 Дополнительное к авт. саид-ву И 883929 (22) Заявлено 24.. 07. 80 (21)2961349/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (5i)M. Кл.

G 06 G 7/76

Ibcf46letalN4 конитет

CCCP вв данам изевретеиий н вткрыткв (23) Приоритет—

Опубликовано30. 06 82 ° Бюллетень № 24 (53) yflK681.3 (088. 8) Дата опубликования описания 30.06.82 (72) Автор нзобретейия

А. A. Бельке (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ

ДВИЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах для обучения водителей гусеничных машин, исследовательских стендах.

Ilo основному авт.св. N 883929 известно устройство для моделирования динамики движения гусеничных машин, содержащее блок моделирования двигателя, выход которого соединен с входом блока моделирования трансмиссии, первый блок моделирования гусеничного движителя, состоящего из сумматора, выход которого через делитель подключен к входу интегратора, первый и второй входы сумматора первого блока моделирования гусеничного движителя соединены соответственно с выходом блока моделирования трансмиссии и с первым выходом датчика вида грунта, первый функциональный преобразователь, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, два инвер2 тора, второй функциональный преобразователь, первый блок воспроизведения нелинейности, второй сумматор и второй блок моделирования гусеничного движителя, вход суммато5 ра которого соединен соответственно с выходом блока моделирования трансмиссии и вторым выходом датчика вида грунта, третий выход которого подключен к первым входам функциональных преобразователей, выход второго функционального преобразователя соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к третьему входу сумматора второго блока моделирования гусеничного дви" жителя и к входу nepeoro инвертора, выход которого соединен с третьим выходом сумматора nepeoro блока моgo делирования гусеничного движителя, выход которого через второй инвертор подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока

0106 4

5 0

3 94 моделирования гусеничного движителя, выход второго сумматора через первый блок воспроизведения нелинейности подключен к вторым входам функциональных преобразователей (1 ).

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает воэможности моделирования условий опрокидывания гусеничной машины. Определение этих условий необходимо при обучении водителей гусеничных машин на тренажерах, так как это позволит исключить аварии с тяжелыми по=ледствиями при вождении реальных машин. Кроме того, определение условий опрокидывания необходимо в процессе разработки машин так как устойчивость к опрокидыванию является одной из важнейших характеристик гусеничной машины.

Цель изобретения - повышение точности моделирования за счет определения условий опрокидывания гусеничной машины.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования динамики движения гусеничной машины введены третий сумматор, блок деления, блок выделения модуля напряжения, второй блок воспроизведения нелинейности и схема сравнения, причем первый и второй входы третьего сумматора соответственно соединены с выходами первого и второго блоков моделирования гусеничного движителя, выход третьего сумматора подключен к первому входу схемы сравнения, выход которой является выходом устройства, и к первому входу блока деления, второй вход блока деления соединен с выходом второго сумматора, выход блока деления подключен к входу блока выделения модуля напряжения, выход которого соединен с входом второго бло ка воспроизведения нелинейности, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - зависимости, воспроизводимые первым блоком нелинейности и первым и вторым функциональными преобразователями; на фиг. 4 - блок моделирования двигателя; на фиг. 5 и 6 - зависимости, воспроизводимые соответственно первым и вторым блоками нелинейности, входящими в состав блоков моделирования двигателя; на фиг. 7 — блок моделирования трансмиссии; на фиг.8блок моделирования гусеничного движителя.

Устройство моделирования динамики движения содержит блок 1 моделирования двигателя, блок 2 моделирования трансмиссии, первый инвертор 3, первый и второй блоки 4 и 5 моделирования гусеничного движителя, датчик 6 вида грунта, первый и второй сумматоры 7 и 8, второй инвертор 9, третий сумматор 10, первый и второй функциональные преобразователи ll и 12, блок 13 деления, блок 14 выделения модуля напряжения, первый и второй блоки 15 и 16 воспроизведения нелинейности, схему 17 сравнения.

Блок 1 моделирования двигателя содержит регулятор 18 подачи топлива, механически связанный с движком потенциометра 19, один вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, другой с источником постоянного напряжения, сумматора 20 первый блок 2! нелинейности и второй блок 22 нелинейности, усилитель

23, суммирующий интегратор 24.

Блок 2 моделирования трансмиссии содержит коммутатор 25, интегратор 26, суммирующий переключатель

27, главный фрикцион 28, управляемый ограничитель 29, усилитель 30, коммутатор 31, суммирующие интеграторы

32-34, датчик 35 бортовых фрикционов управляемые ограничители 36 и 37, датчик 38 бортовых фрикционов, усилители 39 и 40, датчик 41 тормоза поворота, мостовые выпрямители 42 и 43, датчик 44 тормоза поворота, суммирующие интеграторы 45 и 46.

Блок 4 моделирования гусеничного движителя содержит последовательно соединенные суммирующие интеграторы 47 и 48, усилитель 49, мостовой выпрямитель 50, суммирующий интегратор 51, инвертор 52.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение, пропорциональное оборотам вала двигателя и крутящему моменту, с блока 1 поступает на вход блока 2 моделирующего трансмиссию гусеничной машины. Формирование этого напряжения осуществляет в блоке 1 моделирования двигателя следующим образом.

940186 ф= > (м(в,Ы-M,) cjgt3, 1 Wlæy2 (2) (3) (4) 5

Уравнение, которое описывает работу двигателя, имеет следующий вид где w - угловая скорость вращения вала двигателя;

1 - момент инерции, приведенной к валу двигателя;

И - крутящий момент, приложенный к валу двигателя;

h - положение рейки топливного насоса;

И- - момент сопротивления враще"

С нию вала двигателя.

Данное уравнение решается с помощью интегратора 24, на выходе которого формируется напряжение О,„ . С помощью блока 22 нелинейности формируется зависимость 0„, как функция от U и 01,(фиг.6).

Напряжение 0, пропорциональное положению рейки топливного насоса, формируется с помощью блока 21 нелинейности (фиг.5). На вход блока 21 поступает напряжение 0, которое определяет -положение муфты регулятора, зависящее от напряжения, пропорционального положению педали топлива, которое снимается с движка потенциометра 19, управляемого педалью

18 подачи топлива.

В устройстве условие одновременной передачи момента и оборотов осуществляет за счет того, что выходной интегратор 24 предыдущего блока является входным интегратором сле" дующего блока, т.е. блока 2 моделирования трансмиссии.

На выходе блока 2 формируется напряжение, пропорциональное моменту и оборотам ведущего колеса, следующим образом.

Система уравнений, описывающая работу трансмиссии, имеет следующий вид:

ЙМуф 4 д =д (™т-мт -мть), <»

ЭЬ "Ъка, f ю,„<м ;м„)

dle11 1

Р. (ЬВ- Âf >

6 (ВК ( (М1,-М„,) м дМи (6) — (в -е ) г где w - угловая скорость вращения выводного вала коробки передач, f - момент инерции, приведен1Е ный к выводному валу коробки передач;

И - момент упругих сил дей1ю ствующих в коробке передач:

- суммарная податливость вра"

4 щающихся частей коробки передач;

- передаточное число коробки передач;

ы х „„- угловые скорости вращения левого и правого ведущих вх

f. колес;

- момент инерции, приведенный к каждому ведущему колесу со cTopoHbl трансмиссии и гусеничного движителя

Né2 M25 w eHrv ynpyr x c n яей ствующих в бортовых механиэ мах поворота;

И И вЂ” моменты упругих сил, действующих в гусеничном дви30 жителе.

Уравнение (1) решается с помощью суммирующего интегратора 33, на входы которого поступает напряжение U>< с учетом коэффициента 1 с коммутатора

31, напряжение 0 „ -- с выхода усилителя 40 и напряжеййе U®gp с выхода усилителя 41. На этом суммирующем интеграторе указанные напряжения складываются и интегрируются, в результате чего на выходе интегратора 33 формируется напряжения 0

Напряжение 0 формируется следующим образом. На выходе суммирубщего интегратора 24, который яв" ляется общим для блоков моделирова" ния двигателя и трансмиссии, имеется напряжение 0, пропорциональное угловой скорости вала двигателя. По. следнее поступает на коммутатор 25, при помощи которого происходит деление напряжения U<, на коэффициент, пропорциональный передаточному числу коробки передач. Напряжение

U® f поступает на суммирующий интегратор 26, на другой вход котоSS рого поступает напряжение 9,и на ва выходе суммирующего интегратора 26 появляется напряжение, т.е. рева- ется уравнение (2) системы. Напря940186 (7) (8) жение 0,.„проходит через ограничитель 29 и поступает на усилитель 30 при помощи которого оно преобразуется по знаку и величине.

С ограничителем 29 моделируется работа главного фрикциона. На управляющие входы ограничителя 29 поступает разнополярное напряжение с датчиков главного фрикциона 28, с помощью которого осуществляется ограничение напряжения по амплитуде.

При положении датчика, соответст" вующему полностью выжатому главному фрикциону (движки потенциометра находятся в крайнем нижнем положении), напряжение на выходах датчика равно нулю, поэтому уровень ограничения ра вен нулю, а следовательно, и напряжение на выходе ограничителя 29 равно нулю, т.е. моделируется факт разрыва силовой цепи.

Коммутаторы 25 и 31,служат для преобразования напряжений 0„,„ 0 в соответствии с передаточным числом коробки передач. Управление коммутаторами осуществляется с помощью датчика 27 рычага переключения передач который в простейшем случае представляет собой набор микровыключателей, каждый из которых подключает определенную цепь коммутаторов 25 и 31, соответствующую в установленной рычагом передачи.

Напряжение 0 с выхода суммиМ ье рующего интегратора 33 поступает на вход суммирующего интегратора 32, на другой вход которого поступает напряжение 0 „ с выхода суммирующего интегратора 46, в результате на выходе интегратора 32 появляется напряжение U, т.е. решается уравнение (4 ) системы. Далее это напряжение, проходя через ограничитель

j6 и усилитель 39 поступает на вход

S суммирующего интегратора 45, на другой вход которого поступает напряжение U т с мостового выпрямителя 42 пропорциональное тормозному моменту М . Мостовой выпрямитель 42 служит для того, чтобы можно было моделировать торможение тормозом поворота независимо от полярности напряж -.ния на выходе интегратора 45. Напряжение 0,„ поступает на мостовой выпрямитель с датчика 41 тормоза поворота. Таким образом,с помощью интегрирующего сумматора 45 решается уравнение (3 ) системы.

Моделирование работы бортового фрикциона осуществляется с помощью ограничителя 36 и датчика 35 бортового фрикциона точно также, как и в случае с главным фрикционом.

Работа бортового механизма другого борта производится также, как и для первого борта.

Интеграторы 46 и 47, как и в

tp предыдущих случаях, являются общими соответственно для левого и правого гусеничных движителей, работа которых моделируется с помощью блоков 4 и 5.

Работа блоков 4, 5 например, правого, основана на решении системы дифференциальных уравнений ()ay ек и м 1 Аг -м) абгар» V д Е, (к1,„) где Ч - скорость правого гусеничного движителя; г „ - радиус ведущего колеса;

1 - момент инерции массы машины, приведенный к ведущему колесу; зе

1 - суммарная податливость гусеничного движителя.

Пример конкретного выполнения одного блока моделирования гусеничного движителя приведен на фиг.8, другой блок идентичен первому.

35 Напряжение U с выхода сумми >6К« рующего интегратора 47 поступает на вход суммирующего интегратора 48, на другой вход которого поступает напряжение U,, на выходе этого ин«о 1 1 тегратора формируется напряжение

U<, т.е. решается уравнение (2) системы. Последнее проходит через усилитель 49, с помощью которого

U> преобразуется по знаку и ве личине поступает на суммирующий интегратор 51, на другой вход которого через мостовой выпрямитель 50 и инвертор 52 подается напряжение 0, пропорциональное сопротивлению грунта при прямолинейном движении с датчика 6 вида грунта. Третий вход интегратора 51 служит для подключения к нему напряжения, пропорционального моменту сопротивления повороту.

55 Таким образом, на входе интегратора 51 появляется разность напряжений U«„z<- 0„,, которая затем интегрируется, в результате чего на вы

10

Чд -Ч4

Щ - ) 35 4.-×ë

H"- VpeЧ Э

9 9401 ходе интегратора 51 появляется напряжение, пропорциональное U„„, т.е, решается уравнение (1) системы.

Таким образом, на выходе суммирующих интеграторов 46 и 47, а следовательно, и на выходах блоков 4 и

5 моделирования гусеничных движителей имеются напряжения U и U, величины которых определяются положением датчиков органов управления, to

Если 0 „ = 0, то движение будет прямолинейным, в любых других случаях движение будет криволинейным.

В этом случае на третьи входы блоков 4 и 5 подаются напряжения 0„„ „, пропорциональные моменту, действующему на гусеничный движитель при повороте, причем знак этого напряжения за счет инвертора 3 будет различный для блоков 4 и 5 модели- щ рования гусеничного движителя. Это сделано для того,. чтобы при nosopoте гусеничной машины на забегающую гусеницу действовал тормозной, а на отстающую - раскручивающий момент. формирование напряжения U> осуМсм ществляется следующим образом. С помощью инвертора и сумматора определяется напряжение, пропорциональное угловой скорости поворота гусеничной машины, т.е. решается за" висимость где и - угловая скорость поворота машины;

Ч - скорость забегающей гусеницы

Ч1 — скорость отстающей гусеницы

) )

В - расстояние между гусеницами.

При определении фактической кривизны траектории поворота принима" ется, что V + Ч = A-const ф5 тогда, К=. —, т.е. представляется

° А возможным взять линейную зависимость 5в между 0,и 0„.

Зависимость коэффициента сопротивления Р от кривизны К, а следовательно, при указанном допущении и от w имеет вид мах " юах „ юо

0i(8-a) о+(м)- а (-e)— где,р - максимальный коэффициент ью сопротивления поворота при

К=В и зависящий от вида грунта; а - постоянный коэффициент;

R — - радиус поворота, К - кривизна поворота.

Эта зависимость при,0 пкук =1 фиг.2) реализуется с помощью блока 15 нелинейности.

Напряжение, пропорциональное мо" менту сопротивления поворота И „, сн определяется из выражения ,йдь м

СН ф а с учетом различных видов грунта эта зависимость будет иметь вид р08Ь

И = — —,Оп оХ

Указанная зависимость (фиг.3 ) решается с помощью функциональных пре" образователей 11, 12 и сумматора 8.

Каждый функциональный преобразователь 11 и 12 формирует напряжение, пропорциональное моменту сопротивления повороту, в зависимости от вида грунта, с разной полярностью, которая определяется напряжением поворота гусеничной машины. Определение условий опрокидывания осуществляется из нахождения критической скорости, при которой возникает опрокидывание. Значение критической скорости определяется из выражения

/ 63 67 Икр

exp * где Ч - скорость центра машины, при скр которой для данного критического радиуса наступает опрокидывание;

h .- высота центра тяжести.

Скорость центра машины равна

Ч = y +v„/2.

Напряжение 01 определяется с помощью сумматора 7, на входы которого поступают напряжения 0ч и 0ч„ соответственно с блоков 4 и 5. Напряжение U> поступает на вход блока 13 деления, на другой вход которого поступает напряжение 0® с выхода сумматора 10, в результате на выходе блока 13 появляется напряжение, пропорциональное радиусу поворота машины. Однако это напряжение будет иметь различные знаки при повороте в разные стороны. Чтобы знак последнего не менялся, напряжение

U пропускается через блок 14 выделения модуля, с выхода которого

ll 94 напряжение ) Ок/поступает на блок 16 нелинейности, который реализует функцию извлечения квадратного корня с учетом коэффициента К-/Ь. В резуль% тате чего формируется напряжение

0», пропорциональное величине критической скорости, при которой при данном радиусе возникает опрокидывание. Последнее с помощью схемы 17 сравнения сравнивается с напряжением пропорциональным действительной скорости движения машины, и если это . напряжение ниже напряжения О»„, то на выходе схемы 17 сравнения напряжение равно нулю, если 0ч„ < 0 „, то напряжение на ее выходе прйнимает максимальное значение, что указывает на наличие опрокидывания.

Таким образом, устройство при моделировании динамики движения позволяет определить условия,при которых возникает опрокидывание гусенич" ной машины. При использовании предлагаемого устройства в тренажере и фиксировании у обучаемых случаев, когда у них наступает "опрокидывание" с соответствующим пояснением причин, то управление реальными гусеничными машинами позволяет избежать аварий с очень тяжелыми последствиями.

0186

12

Формула изобретения

Устройство для моделирования динамики движения гусеничной машины,. по авт.св. 11 883929, о т л и ч а ю% щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет определения условий опрокидывания гусеничной машины, содержит третий сумматор, блок деления, блок выделения модуля напря aO жения, второй блок воспроизведения нелинейности и схему сравнения, причем первый и второй входы третьего сумматора соответственно соединены с выходами первого и второго блоков

И моделирования гусеничного движителя, выход третьего сумматора подключен к первому входу схемы сравнения и первому входу блока деления, второй вход которого соединен с выходом вто в рого сумматора, выход блока деления через последовательно соединенные блок выделения модуля и функциональный преобразователь подключен к второму входу схемы сравнения, выg ход которой является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Н 883929, кл. 6 06 0 7/70, 1979 (прототип).

940186

Составитель В. Фукалов

Редактор В.Пилипенко Техред А. Ач Корректор Г. Реыетник

Заказ 4670/72 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4