Метод управления мощностными потоками в электротрансмиссии полноприводной многоосной колесной машины Шеломков Сергей Александрович

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования 10

1.1 Колесные машины с ЭТ 10

1.2 Распределение мощности по колесам автомобилей 4x4, 6x4 и 6x6...37

1.3 Распределение мощности по колесам МКМ 38

1.4 Модели колеса 42

1.5 Выводы 49

2 Метод создания способа управления ЭТ и его обоснование 50

2.1 Общие принципы распределения мощности по колесам 50

2.2 Принципы регулирования проскальзывания колес в тяговых режимах 51

2.3 Описание способа управления ЭТ 56

2.4 Математическая модель плоского движения МКМ

2.4.1 Допущения и уравнения модели плоского движения МКМ... 62

2.4.2 Модель взаимодействия колеса с опорной поверхностью 66

2.5 Расчет потерь мощности в ЭТ МКМ 85

2.5.1 Расчет продольных реакций колес 85

2.5.2 Расчет потерь мощности 97

2.6 Выводы 103

3 Результаты теоретического исследования 104

3.1 Расчет потерь энергии в ЭТ 105

3.2 Результаты расчетов плоского движения МКМ

3.2.1 Взаимодействие колеса с опорной поверхностью 117

3.2.2 Влияние ЭТ на курсовую устойчивость МКМ 129

3.3 Выводы 150

4 Экспериментальные исследования ЭТ МКМ 153

4.1 Описание макета МКМ 153

4.2 Экспериментальное определение параметров математической модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью 155

4.2.1 Эксперимент на стенде с беговыми барабанами 155

4.2.2 Эксперимент на местности 172

4.3 ТЭД и мотор-колесо 179

4.3.1 Конструкция 179

4.3.2 Испытательная установка стендовых испытаний ТЭД 182

4.3.3 Результаты стендовых испытаний ТЭД

4.4 САУ движением макета 12x12 189

4.5 Измерения статических радиусов колес макета 12x12 197

4.6 Проверка работоспособности датчика действительной скорости 1 4.6.1 Способы непосредственного измерения линейной скорости.. 198

4.6.2 Описание ДДС 199

4.6.3 Эксперимент с ДДС 200

4.7 Выводы 204

Результаты и выводы 207

Список литературы

• Распределение мощности по колесам МКМ
• Описание способа управления ЭТ
• Экспериментальное определение параметров математической модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью
• Результаты стендовых испытаний ТЭД

Введение к работе

Актуальность темы. Экспериментальные, теоретические исследования и опыт эксплуатации показывают, что на динамику разгона, подвижность, топливную экономичность колесных машин значительное влияние оказывает схема подвода мощности к ведущим колесам. Особенно это важно для многоосных колесных машин (МКМ).

Улучшение указанных эксплуатационных свойств МКМ связывают с концепцией рационального распределения мощности по колесам в зависимости от условий движения. Для отдельных режимов эксплуатации в коммерческих автомобилях это решают противобуксовочные системы. Однако последнее время возрастает интерес к, так называемым, «гибким» трансмиссиям (электро- (ЭТ) и гидрообъемным (ГОТ)), так как механические не в полной мере удовлетворяют указанным требованиям, поскольку распределяется мощность по колесам в них неоптимальным образом, присутствует «циркуляция» мощности (в блокированных), сложность конструкции не позволяет управлять каждым колесом индивидуально. Этих недостатков лишены ГОТ и ЭТ и позволяют реализовать практически любой способ распределения мощности по колесам. Однако практически у всех созданных в прошлом ЭТ и ГОТ эти положительные качества нивелировались двумя основными недостатками: невысоким КПД, особенно при частичных нагрузках, обусловленным несовершенством конструкций составных частей, и отсутствием специально разработанного способа управления трансмиссией. Поэтому, как показывает опыт, для «гибких» трансмиссий возникает задача разработки оптимального способа распределения мощности по колесам МКМ. Таких способов было предложено немало, но они были либо теоретическими (и их невозможно было реализовать), либо были созданы для устаревших на сегодняшний день конструкций ЭТ, с низким техническим уровнем. Для современных конструкций ЭТ полноприводных МКМ такие способы управления практически отсутствуют.

Похожие задачи - по управлению многоприводной ЭТ возникают и перед разработчиками электровозов и тепловозов, так как на них все чаще применяют двигатели переменного тока, в том числе и асинхронные.

Таким образом, существует и требует своего решения актуальная научная проблема создание метода управления ЭТ МКМ. Важнейшей научной задачей в этой проблеме является разработка метода управления ЭТ с асинхронными тяговыми электродвигателями (ТЭД), управляемыми по угловой скорости колес. Поскольку данный тип ЭТ с этим способом управления ТЭД, по мнению большинства исследователей, является одним из наиболее перспективных.

Цели и задачи. Целью диссертационной работы является обоснование и разработка метода управления ЭТ МКМ с асинхронными ТЭД по угловой скорости колес, позволяющего снизить мощность потерь в многоприводной

_{/ о}

ЭТ и реализовать колесами максимально возможные по сцеплению тяговые силы.

Для достижения намеченной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработан метод управления ЭТ с асинхронными ТЭД, управляемыми по угловой скорости, отличающийся низкими потерями мощности в ЭТ МКМ и реализацией колесами максимально возможных по сцеплению тяговых сил;

2. Разработана математическая модель движения МКМ с ЭТ, с возможностью управления ЭТ различными разработанными способами, которая позволила обосновать разработанный способ управления ЭТ и является основой предлагаемого метода;

3. Разработана оригинальная модель взаимодействия колеса с опорной поверхностью;

4. Экспериментальная проверка адекватности разработанной модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью, работоспособности САУ ЭТ макета 12x12 и составных частей ЭТ.

Методы исследований. Исследования проводились с использованием численных методов моделирования движения МКМ с закрепленным рулем при различных способах управления ЭТ и внешних воздействиях. Экспериментальные исследования основывались на использовании макетного образца МКМ 12x12 с ЭТ, частных экспериментах в стендовых условиях ТЭД мотор-колеса макета и экспериментальной проверки адекватности модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью.

Объектом исследования является ЭТ МКМ с индивидуальным приводом асинхронных ТЭД, управляемых по угловой скорости.

Научная новизна. Новизна полученных результатов работы при решении вышеуказанной научной задачи заключается в том, что в ней:

5. Обоснован и разработан метод управления ЭТ МКМ с асинхронными ТЭД по угловой скорости колес, позволяющий снизить мощность потерь в многоприводной ЭТ и реализовать колесами максимально возможные по сцеплению тяговые силы;

6. Создана математическая модель движения МКМ с учетом потерь энергии в ЭТ, позволяющая моделировать различные типы ЭТ для выбора оптимального способа их управления;

7. Разработана оригинальная модель взаимодействия колеса с опорной поверхностью, для применения в модели движения МКМ с ЭТ. Практическая ценность работы. На основе результатов выполненных

исследований для практического использования при разработке способов управления ЭТ создан комплекс программ для ЭВМ. Использование комплекса позволяет имитировать плоское движение МКМ с ЭТ, управляемой по различным законам и способам, в различных дорожных условиях, и тем самым, позволяет значительно сократить сроки разработки САУ ЭТ.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена в Научно-производственном центре «Специальное машиностроение» (НПЦ СМ) и на кафедре СМ-10 «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана. В основу диссертации положены результаты исследований, полученные автором лично и в соавторстве при выполнении плановой научной тематики НПЦ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана, в ходе выполнения Гособоронзаказа по договорам с войсковыми частями 93603-Н и 73835 с 2002 г. по 2006 г. в качестве ответственного исполнителя и исполнителя отдельных этапов тем.

Разработанный способ управления ЭТ с асинхронными ТЭД реализован в макете 12x12 полной массой 90 т, созданного в НПЦ СМ.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на:

научных семинарах кафедры СМ10 «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2003...2006 гг. (г. Москва);

научно-технической конференции МГТУ секции «Транспортное машиностроение» проходившей в 2002 г. (г. Москва);

14-м симпозиуме: «Проблемы шин и резинокордных композитов» ФГУП «НИИ Шинной промышленности» в 2003 г. (г. Москва);

VI международной научно-практической конференции ЮНЕСКО «Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий» в 2003 г. (г. Москва);

научном семинаре МГТУ МАДИ в 2004 г. (г. Москва);

47-й международной научно-технической конференции «Повышение конкурентоспособности автотранспортных средств» в 2004 г. (г. Минск);

международной научно-технической конференции «Механика-Машиностроение» в 2005 г. (г. Минск);

научном семинаре в ОАО «Инновационная фирма «НАМИ-Сервис»» в 2007 г. (г. Москва).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в семи статьях и изложено в пяти отчетах по НИР.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, результатов и выводов по работе, списка использованных источников ( наименования) и приложения. Работа изложена на 269 листах машинописного текста, в том числе 161 рисунок, 19 таблиц и приложения.

СО/ДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, определена цель работы, приведено краткое содержание выполненных исследований и отражены основные положения, которые выносятся на защиты.

В первой главе изложены состояние вопроса и обоснование решаемой научной задачи. Исследованы подходы к выбору схем привода автомобилей, в том числе и специальных МКМ. Проведен анализ результатов созданию ЭТ МКМ. Рассмотрены основные преимущества и недостатки известных моделей колеса, применяемых при моделировании плоского движения МКМ с различными типами трансмиссий. Отмечается, что исследования, вошедшие

в диссертацию, опираются на научные разработки Д.А. Антонова, Б.Н. Бело-усова, А.Б. Дика, А.А. Купреянова, Г.А. Смирнова, Ю.В. Пирковского и других, труды научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана, академии БТВ, 21 НИИИ МО РФ и ФГУП ГНЦ «НАМИ».

Необходимо отметить работы в этой области П.В. Аксенова, А.С. Литвинова, В.Н. Наумова, В.Ф. Платонова, В.И. Соловьева, Е.А. Чудакова, СБ. Шухмана, А.И. Яковлева и др.

На основании анализа существующих работ, посвященных схемам привода автомобилей, ЭТ МКМ и моделей колеса, было сделано заключение, что внутренние потери мощности ЭТ при движении по твердым дорогам рациональнее учитывать не по изменению скорости движения, а по изменению мощности затрачиваемой на движение; одни из наиболее перспективных на сегодня ЭТ с асинхронными ТЭД, предусматривающими управление колесами по угловой скорости; для специальных МКМ с ЭТ необходима разработка специальных способов управления этими трансмиссиями, только в этом случае возможно использование всех преимуществ ЭТ, а этих способов управления, для таких ЭТ, пока создано не было; для обоснования способа управления ЭТ необходимо разработать математическую модель МКМ и модель взаимодействия колеса с опорной поверхностью. В связи с вышеизложенным были поставлены цель и задачи, сформулированные выше.

Вторая глава посвящена описанию предложенного автором способа управления ЭТ, методу его создания и математической модели плоского движения МКМ с ЭТ по опорной поверхности с описанием процессов в пятне контакта колеса и учетом его упруго-демпфирующих характеристик. Для модели плоского движения МКМ приняты следующие основные допущения:

8. Опорная поверхность - твердая и ровная (подъем или косогор);

9. Колебаниями корпуса МКМ и центра колеса пренебрегаем;

10. Нормальная нагрузка колеса зависит только от наклона опорной поверхности и перераспределении веса МКМ при движении с ускорением;

11. Плоскость вращения колеса - вертикальная;

12. Не учитывается зависимость фрикционных свойств материалов шины и опорной поверхности от температуры при нестационарном качении.

Расчетная схема модели и уравнения движения МКМ в неподвижной системе координат (СК) представлены ниже (рис. 1 и уравнения 1-6):

^.^-[^.^^в + ^Я^-аЫв-Р^-Р^ (1)

^м. -Уо, = -(і **)««* + [ *»)-coe* + F., -Р_ш, (2)

^^{ё = м}щ (3)

M_YOi=(R_Il„+-+R_x6J-^B/₂-(R_Iu+-+K6_J,)-^B/₂-

- (R_yln + R_yU )-/^- (R_y2lt + R_fllt )-L₂^- {R_y3n +R_y2ll)- Ц-ь - (R_yA„ + К_у*_л) 4м>

(4) (5) (6)

Рис 1. Расчетная схема модели движения МКМ где хоьуоі - координаты т. d в неподвижной СК; 8 - угол поворота МКМ относительно неподвижной СК; М_а - масса МКМ; J₀i_TC - момент инерции МКМ вокруг вертикальной оси относительно т. Ой R-хмі, Яхмі (Rym» RyhO - проекции реакций в пятне контакта і-го колеса, на ось Хм (Y_M) подвижной СК; Fox, F_oy -составляющие силы веса действующие на МКМ при движении по косогору; Pwx, ?wy - сила аэродинамического сопротивления движению МКМ; В - колея МКМ; ,..., Ls-e - расстояния между осями 1 и 6,..., 5 и 6 МКМ; L^ - расстояние между центром масс МКМ и осью 6; J_n - момент инерции сектора шины і-го колеса взаимодействующей с опорной поверхностью (см. рис. 2 б); Фы - угловая координата J_Ki; J_n - момент инерции ротора і-го ТЭД, редуктора, ступицы колеса и оставшейся части шины; ф_п - угловая координата J_n; С_кр -крутильная жесткость шины; Кц, - крутильное демпфирование шины; R_x, -реакция в контакте колеса с опорной поверхностью; М_п - крутящий момент i-го ТЭД; Mr, - момент сопротивления качению і-го колеса; г_ксі - радиус качения в свободном режиме i-ro колеса.

Модель качения эластичного колеса, нагруженного со стороны МКМ одновременно нормальной нагрузкой P_Zl) тяговым моментом М_к, и боковой силой Руї взята из апробированной методики А.Б. Дика (рис. 2 а). В ней заложены, действующие со стороны опорной поверхности на колесо, нормальная Rzi, продольная Rx*,, и боковая Ry„, реакции, а также момент сопротивления качению M_fi. Влиянием стабилизирующих моментов пренебрегаем. Где Rx:, - суммарная реакция в пятне контакта; Vj - линейная скорость центра колеса спроецированный на опорную поверхность; V«„ - линейная скорость центра колеса, при свободном качении без увода с угловой скоростью ю; V_s, -линейная скорость проскальзьгоання колеса; 5, - угол увода колеса; p_s, - угол между векторами Vsi и V_XMi; Pr, - угол между векторами Rxmi и Ri,.

Рис. 2. Силы и скорости катящегося с уводом колеса, разделенного на два

крутильных элемента. Кинематическими параметрами, характеризующими режим качения колеса и его реакции, приняты продольное и боковое проскальзывания колеса:

'Хм,

S, =cosS,—

S_yi = sin 8_t S.

_K^f,

0,=on*|/--

(7)

(8) (9)

(10)

Это позволяет рассчитать R_XMi и Ry_Mi с помощью обобщенной «f-S» диаграммы, предложенной Диком, представляющей собой пространственное объединение q>x(S) и (p/S) диаграмм через Rh, следующим образом:

^,=^-/(5,,^) (П)

Диком показано, что не использование значениий S,^ и S^y для задания «f-S» диаграммы дает незначительную ошибку. Построения этих зависимостей по его методике дало значения 8,ф_Х=0.03...0.05 для льда (срхпих⁼0.1). Что расходится с данными большинства исследователей, по их данным S^x для шин не бывает меньше 0.10, а обычно 0.15 ... 0.25. В данной работе такая ошибка была признана недопустимой и автором предложено корректировка методики Дика - использование экспериментальных значений S_rp_X и S^y.

Также модель Дика была уточнена с помощью коррекции максимальных коэффициентов сцепления в продольном и боковом направлениях по методике Д.А. Антонова и с помощью зависимости X=f(R_z, p_w), предложенной В.А. Петрушовым. При этом учитывается линейная скорость МКМ, прослойка воды на дороге, изменение нормальной нагрузки, отклонение давления воздуха в шине, износ протектора, изменение характеристик шины от ее температуры.

Разделение колеса на два крутильных элемента было предложено А.А. Купреяновым (рис. 2 б). Это преследует цель заложить в модель податли-

вость шины на кручение и учесть упруго-демпфирующие характеристики колеса в окружном направлении. Это позволяет учесть взаимосвязи силовых и кинематических параметров колеса не только в диапазоне низких частот, как в работе Дика, но и в области высоких (до 40 Гц), что важно при учете переходных процессов обусловленных переменным крутящим моментом или переменным углом увода, как показано А.А. Полунгяном и А.А. Купреяновым. Такие режимы имеют место при работе противобуксовочных систем и т.д.

Крутящий момент ТЭД вычисляется согласно различным схемам ЭТ рассмотренным в данной работе, с помощью модели электродвигателя с преобразователем частоты, взятой из электротехнической литературы (работы Ключева В.И. и Осипова О.И.).

В модель заложено несколько способов управления ЭТ МКМ, в том числе и разработанный автором. Согласно исследованиям, выполненным в НПЦ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана, наиболее приемлемым является вариант с регулированием по угловым скоростям колес, так как их контроль реализуется простым и надежным способом, а управление ТЭД по частоте вращения на сегодняшний день один из наиболее отработанных и надежных. В предложенном способе водитель управляет МКМ с помощью педали угловой скорости эквивалентного колеса УСЭК (аналог педали «газа»), рулевого колеса и задатчика положения полюса поворота. УСЭК - угловая скорость колеса идеальной геометрии находящегося по середине базы на середине колеи МКМ и его плоскость вращения совпадает с вектором скорости данной точки (т.е. колесо катится по траектории движения МКМ и его плоскость вращения касательная к ней). В движении колеса могут оказаться в разных условиях по сцеплению, и для реализации каждым из них максимальной тяговой силы требуется задать им различное проскальзывание, что водителю сделать невозможно. В способе управления водитель педалью УСЭК задает линейную скорость МКМ (произведением УСЭК на статический радиус колеса).

При криволинейном движении угловые скорости колес корректируются САУ с учетом кривизны их траекторий по углу поворота рулевого колеса и положения полюса поворота, что значительно уменьшает возможность «циркуляции» мощности в этом случае.

САУ облегчает водителю управление МКМ в различных дорожных условиях. Это реализовано, в том числе, и введением 5 зависимостей УСЭК от угла отклонения педали (аналог многоступенчатой трансмиссии).

«Циркуляция» мощности в ЭТ может иметь место и при прямолинейном движении, что часто встречается на практике в МКМ и приводит к значительному расходу топлива, износу шин и неравномерности тяговых сил по колесам. Для исключения этого в способе управления ЭТ предусмотрено:

13. С заданной точностью при прямолинейном движении угловые скорости всех колес задаются САУ равными.

14. При переходе ТЭД в тормозной режим, отключать этот ТЭД от питания. При этом угловая скорость этого колеса будет отличаться от скоростей

остальных колес, из-за отличия радиуса качения в свободном режиме.

3. В зависимости от значений кинематических параметров колеса ему задается большее значение угловой скорости, что переводит колесо в ведущий режим и выравнивает продольные реакции по всем колесам МКМ.

4. Новое значение угловой скорости поддерживается в течение определенного времени, а потом САУ производит контроль ряда условий и при необходимости устанавливается новое значение угловой скорости колеса.

Кроме того, разработанный способ непрерывно ограничивает величину проскальзывания колес для реализации ими максимальной силы тяги. В способе управления это заложено тремя альтернативными вариантами:

І.По контролю отношения линейного ускорения корпуса МКМ к угловому ускорению каждого колеса: а^/Е^К^. В случае выполнения условия уменьшается угловая скорость этого колеса, пока отношение aje\ не станет > К_к. Этот способ позволяет определить момент начала перехода колеса в буксование, он используется в современных ПБС. Его можно назвать способом регулирования проскальзывания колес по прогнозу возможного буксования.

2. По контролю проскальзывания каждого колеса: S,>SnjxM, и в случае выполнения уменьшает угловую скорость колеса, пока проскальзывание не станет меньше Snp_ea. Это условие является ограничением угловой скорости колеса по заданному проскальзыванию и позволяет индивидуально регулировать проскальзывание в оптимальных пределах, это способ регулирования непосредственно проскальзывания колес.

З.По крутящему моменту. САУ контролирует проскальзывание каждого колеса на предмет выполнения условия: S^S^^. В случае выполнения значение крутящего момента колеса принимает за предельное. Далее САУ поддерживает крутящий момент колеса не больше этого предельного значения, определенное время. Это ограничение угловой скорости колеса по заданному проскальзыванию с помощью крутящего момента на ТЭД, что позволяет индивидуально регулировать крутящий момент каждого колеса, не допуская превышения предела по сцеплению. Это способ регулирования непосредственно крутящих моментов колес.

Во всех трех вариантах реализуется ограничение проскальзывания колес и поддержания тяговых сил максимально возможными по сцеплению. Фактически этим реализуется ограничение подводимых к колесам мощностей (моментов), в первых двух вариантах косвенно, а третьем напрямую. Выбор из них наиболее рационального варианта для конкретной ЭТ может быть сделан с учетом особенностей эксплуатации МКМ и результатов моделирования этих способов с помощью выше описанной модели. Первые два варианта ограничения проскальзывания колес были реализованы в ЭТ макета 12x12, так как их реализация возможна при регулировании ТЭД мотор-колес по угловой скорости вращения. Третий вариант требует векторного управления ТЭД, что позволяет управлять угловой скоростью и крутящим моментом. Однако этот способ пока не достаточно отработан и надежен для использо-

вания его в ЭТ МКМ, но в будущем ситуация может измениться. Поэтому наличие этого способа ограничения проскальзывания, по мнению автора, вполне оправдано.

Используя модель плоского движения МКМ, можно для ЭТ, управляемой различными способами, оценить мощности потерь в ТЭД, механических приводах между ними и колесами и в самих катящихся колесах и на основе этих мощностей потерь судить о целесообразности применения того или иного способа управления. Для расчета мощности потерь в зависимости от внешнего сопротивления модель плоского движения МКМ была упрощена, так как объем вычислений возрастал, а потребность в моделировании процессов в пятне контакта отсутствовала. Полученная модель позволила рассчитать Ми и Rxi, аналогично модели Смирнова ГЛ. (рис. 3 а). Отличие ее в том, что в расчетах полностью имитировался предложенный способ управления ЭТ: с последовательным отключением ТЭД колес с отрицательными М^ (рис. 3 б), а затем задание им большего значения угловой скорости.

О 0.07 0.14 Oil 0.28 035 0 007 0.14 0.21 ІЛ 035

Кт К_т *-

а б

Рис. 3. Продольные реакции колес

Рассчитанные значения К_ж для случая управления ЭТ по принципу равенства угловых скоростей колес представлены на рис. 3 а. Как видно из графиков, отрицательные реакции на колесах, т.е. «циркуляция» мощности сохраняются до значительных значений внешнего сопротивления. Причина этого, как показано Ю.В. Пирковским, ГА. Смирновым и др. - отличие в радиусах качения колес в ведомом режиме, из-за различных размеров колес (допуск на размер, износ), нормальных нагрузок, давления воздуха в шинах, их движением по различным траекториям в поворотах, а также кинематического несоответствия в любой трансмиссии (особенно у МКМ).

Макет 12x12 был оборудован шинами 1600x600-685 В-178 чьи статические радиусы в процессе эксплуатации принимали различные значения, отличаясь от номинального 730 мм на -4,1...+1 % (до -15%). Согласно ГОСТ

17394-79 «Шины широкопрофильные с регулируемым давлением» допуск на статический радиус этих шин 730±12 мм (730 мм ±1,6 %). В процессе испытаний были проведены неоднократные замеры статических радиусов, результаты которых приведены в приложении и были заложены в расчет.

Для сравнения различных вариантов управления ЭТ рассчитывались мощности потерь участка: «ТЭД-редуктор-колесо» (рис. 4). Где К,_л - электрическая мощность потребляемая ТЭД (или вырабатываемая им в режиме рекуперации); N_n0T тэд - мощность потерь в ТЭД; N-пэд - механическая мощность ТЭД; Мтэд - крутящий момент ТЭД; ш_ТЭд - угловая скорость ТЭД; N_nOT pea - мощность потерь в редукторе; Nk - мощность на выходе редуктора; М_к -крутящий момент на выходе редуктора; со_к - угловая скорость выходного вала редуктора; Nf_K- мощность сопротивления качению шины, где:

Nft = M,

Рис.4

Указанную зависимость мощности сопротивления качению от R_x можно использовать для получения экономии мощности на сопротивление качению. Чтобы обеспечить это предлагается увеличение угловой скорости ведомого колеса на постоянный (а) или переменный (б), от кинематических параметров колеса, коэффициент Кщ. Для оценки мощности, теряемой в ТЭД, используется график его КПД, полученный по результатам стендовых испытаний.

Таким образом, используя в основе равенство угловых скоростей колес можно реализовать семь различных способов управления ЭТ:

1. Торможением ТЭД противовключением;

2. Торможением ТЭД на тормозных резисторах;

3. Торможением ТЭД с рекуперацией электрической энергии;

4. Отключением ТЭД колес с отрицательными продольными реакциями;

5. Увеличением угловой скорости ведомого колеса на вариант а);

6. Увеличением угловой скорости ведомого колеса вариант б);

7. «Идеальный» режим управления.

«Идеальным» режимом был принят вариант, когда все продольные реакции колес равны (что может быть реализовано, например, при одинаковых статические радиусах), т.е. полностью исключалась «циркуляция» мощности. Реализовать это на практике не возможно, но он будет полезен для сравнения с ним по эффективности всех остальных режимов. КПД участка трансмис-

сии: «ТЭД-редуктор-колесо» рассчитывалась через сумму электрических мощностей, подведенных от силовой установки к ТЭД, и мощности, необходимой на движение МКМ:

(13)

1уч_тр

Ь«иж

В третьей главе приведены результаты расчетов по математической модели из второй главы.

Плоское движение МКМ: Максимально интенсивный разгон на подъеме в 8 по льду (фхшах⁼0-2) представлен на рис. 5 и 6 (графики для одного колеса). Где 1 - без ограничения угловых скоростей колес, 2 - при регулировании угловых скоростей по проскальзыванию, 3 - при регулировании по отношению ускорений, 4 - при регулировании по крутящему моменту. Максимально интенсивный разгон на подъеме в 0.1 на «миксте» (справа лед фхпшх⁼0.1, слева асфальт фтшх⁼0.7) представлен на рис. 7 и 8. Где 1 - без ограничения угловых скоростей колес, 2-е ограничением для максимально возможного разгона и хорошей устойчивости, 3-е ограничением для лучшей устойчивости, 4 - вариант равенства крутящих моментов по всем колесам. Результаты расчета потерь мощности на участке ЭТ: «ТЭД-редуктор-колесо», при управлении различными способами, скорость МКМ 12 м/с приведены на рис. 9. Как видно, предложенные способы управления ЭТ позволяют сэкономить заметную часть мощности силовой установки, что позволит улучшить экономичность МКМ. Особенно это будет заметно при движении по дорогам с усовершенствованным покрытием, а ведь именно в этих условиях от МКМ требуют максимальной экономичности. Кроме этого колесами МКМ реализуются максимально возможные по сцеплению продольные силы, что обеспечивает наилучший разгон, при незначительном влиянии на курсовую устойчивость. При необходимости это воздействие можно еще более снизить, незначительно проиграв в динамике разгона.

I, 4

V,

%.

м/с

—» с

-*- С

Рис. 5. Продольные реакции колеса Рис. 6. Линейная скорость МКМ

О 2 4 б 8 10 12

а е- *

К_т 5*-

Рис. 9. КПД участка ЭТ

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований, полученных в ходе исследовательских испытаний макета 12x12 с ЭТ и всеколесным рулевым управлением, а также эксперименты с датчиком действительной скорости МКМ и по определению параметров математической модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью. Дается описание макетного образца, экспериментального оборудования, контрольно-измерительного комплекса. По результатам представленных экспериментов дается оценка адекватности математической модели и подтверждается положения предложенного во второй главе способов управления ЭТ.

Были проведены эксперименты для принципиальной проверке адекватности модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью. Получены ре-

зультаты на стенде с беговыми барабанами (автомобиль УАЗ-3741 с шинами 8,40-15) при стационарных (рис. 10 и 11) и нестационарных режимах (рис. 12) в которых подтверждено следящее изменение радиуса качения вслед за изменением продольной реакции. Экспериментальная зависимость A.=f(V) не имеет аналогов и можно утверждать, что она получена впервые.

ХІ0-*

м/Н

1 - при 40 км/ч; 2 - при 50 км/ч;

3-60 км/ч; 4 - при 70 км/ч.

Рис. 10

Рис. 11

рад* *

а. Угловые скорости вращения колеса (1) „ _ , „

и барабана (2) ^б' ^{Радиус кетеши колеса:} = ~ ^!»^гес ~ ²

Рис. 12

На местности были получены зависимости изменения угловых скоростей ведущих колес автомобиля УАЗ (рис. 13). Похожие данные были получены расчетным путем по предложенной в работе модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью, для механической трансмиссии аналогичного автомобиля с дифференциалом в узловой точке (рис. 14).

Анализ полученных экспериментальных и расчетных данных позволяет говорить о наличии автоколебаний в трансмиссии за счет буксования колес; амплитуда колебаний угловой скорости больше на буксующем колесе, а амплитуда моментов больше на небуксующем колесе; частота и амплитуда колебаний угловой скорости колес зависит от фрикционных свойств опорной поверхности. Как видно из рисунков 13 и 14 амплитуды и частоты характер-

ных колебаний близки друг другу.

раде

б б

Рис. 14 Угловая скорость колес

Рис. 13 Угловая скорость правого колеса (1), левого (2) Были подтверждены параметры асинхронного электродвигателя, используемого в мотор-колесе, во всем диапазоне частот вращения. При этом электродвигатель показал высокую энергетическую эффективность (КПД в основном диапазоне частот вращения не менее 0,92).

Проверена работоспособность датчика линейной скорости МКМ, примененного в САУ макета 12x12, его погрешность измерения не более 3 %.

Приложение содержит подробное описание способа управления ЭТ МКМ, разработанного автором работы, который изложен во второй главе.

Распределение мощности по колесам МКМ

Для решения поставленных в работе задач автор считает необходимым рассмотреть и выбрать наиболее подходящею модель взаимодействия колеса с опорной поверхностью, провести анализ существующих конструкций ЭТ и способов управления ими, а также рассмотреть развитие вариантов распределения мощности по колесам полноприводных автомобилей (в том числе и многоосных) с механическими и гидромеханическими трансмиссиями. Это позволит накопить необходимый материал для создания динамической модели колесной машины с ЭТ и разработки рационального способа управления ЭТ с асинхронными ТЭД, управляемыми по угловой скорости вращения.

Первые образцы автомобилей с ЭТ были созданы в начале XX века, но это были отдельные попытки создания специальных ТС. Массовый характер создание таких конструкций приняло во второй половине XX века с появлением большегрузных самосвалов и многоосных специальных колесных шасси, преимущественно военного назначения, с ЭТ. Для данной работы больший интерес представляет анализ конструкций ЭТ и примененных на них вариантах распределения мощности по колесам. Но этот обзор будет не полным, если хотя бы кратко не упомянуть о ЭТ самосвалов и о развитии схем силового привода полноприводных автомобилей 4x4, 6x6 и специальных колесных шасси (СКШ) в вариантах механических и гидромеханических трансмиссий и как это привело конструкторов к созданию СКШ с ЭТ.

Развитие военной техники всегда служило мощным импульсом для бурного развития сопутствующих отраслей техники и, в частности, автомобилестроения, поэтому наиболее оригинальные конструкции создавались и создаются для нужд армии [8, 27].

Производством СКШ занимаются различные зарубежные и отечественные фирмы. Кроме того, для обеспечения высокой адаптивности к требованиям заказчика существует ряд фирм, выпускающих в широком диапазоне узлы и агрегаты к данным МКМ. Развитие конструкции составных частей и компоновочных схем СКШ и совершенствование на этой базе ТТХ этих шасси на современном этапе и в дальнейшем, скорее всего, будет осуществляться по двум основным направлениям [27]: улучшение показателей составных частей и СКШ в целом на базе существующих технических решений; улучшение показателей ТТХ СКШ путем использования нетрадиционных технических решений в конструкции составных частей (например ЭТ).

Первое направление реализуется в настоящее время на СКШ грузоподъемностью 12...20 т и, видимо, будет осуществляться в ближайшей перспективе. Так как традиционные технические решения, используемые на современных образцах СКШ, к настоящему времени еще недостаточно исследованы в части выявления в них скрытых резервов и возможности оптимизации параметров их совместной работы. Однако нельзя исключать возможность внедрения уже отработанных на макетных образцах отдельных технических решений (например, ЭТ) на этих СКШ.

Второе направление реализовывается на шасси грузоподъемностью 50 т и более, а также на специальных платформах ввиду того, что составные части этих МКМ не обеспечивают монтируемому на них оборудованию современных требований по подвижности, а конструкции СКШ практически исчерпали свои возможности по дальнейшему совершенствованию.

Теперь рассмотрим вкратце развитие конструкции и компоновки трансмиссий существующих и перспективных шасси. В СССР основным разработчиком этих СКШ являлся МЗКТ. В этом классе заводом был разработан целый ряд шасси грузоподъемностью от 35 до 80 т с числом осей от 4 до 8. Для шасси этой грузоподъемности отмечается общая тенденция, снижения удельной мощности с 12,2 л.с./т (шасси 7908) до 6,6 л.с/т (шасси 79221) при увеличении полной массы с 58 до 120 т. Это одна из причин, приведшая к снижению подвижности шасси. Что объясняется отсутствием двигателей необходимой мощности, а также наступившим пределом возможностей моторно-трансмиссионной установки (МТУ) в составе дизельного двигателя и гидромеханической передачи (ГМП) для таких шасси. МТУ на СКШ класса грузоподъемности 50 т и более МЗКТ были выполнены в трех вариантах.

Наиболее распространенный вариант МТУ - дизельный двигатель с ГМП (шасси МАЗ-7908, 547А (В), 7905, 7912, 7917, 79221). Компоновка МТУ этого типа на всех шасси традиционна. Двигатель размещается между двумя раздельными кабинами и далее, между лонжеронами рамы, все агрегаты трансмиссии. Механическая трансмиссия для СКШ такого класса грузоподъемности использовалась на шасси МАЗ-7929 (10x8) и 7909 (8x8). ЭТ в составе: газотурбинный двигатель (ГТД) - синхронный генератор -синхронные ТЭД, была разработана и применена на шасси МАЗ-547Э (12x12) и МАЗ-7923 (16x16). Основываясь на опыте создания шасси МАЗ-547Э, на МАЗ-7907 и МАЗ-7923 была выявлена необходимость в создании более совершенной САУ и специальных алгоритмов функционирования ЭТ.

В таблицах 1, 2, 3 и 4 представлены основные ТТХ зарубежных и отечественных колесных ТС с ЭТ.

Рассматривая приведенные типы МТУ с позиции компоновки их на шасси, можно сказать, что механическая и гидромеханическая трансмиссии практически одинаковы. В этом отношении большой выигрыш дает ЭТ -пространство между лонжеронами рамы остается свободным, что позволяет существенно снизить центр масс при компоновке агрегатов и выделении большего места для груза.

С точки зрения автоматизации управления ЭТ также наиболее предпочтительна, так как позволяет реализовывать разнообразные алгоритмы ее функционирования без усложнения конструкции. МТУ на базе ГМП автоматизации поддается частично. Менее всего поддается автоматизации механическая трансмиссия. К тому же этими трансмиссиями сложно рационально распределять мощности по колесам.

Описание способа управления ЭТ

Полное управление АД реализуется регулированием амплитудных значений переменных и углов между их векторами, как в статике, так и в динамике, обеспечивая тем самым заметное улучшение качества переходных процессов по сравнению со скалярным. Информация о текущих значениях и пространственном положении векторов переменных АД может быть получена как прямым их измерением с помощью соответствующих датчиков, так и косвенно на основе математической модели АД. Конфигурация и сложность такой модели определяются техническими требованиями к электроприводу. В общем случае подобные системы с косвенным регулированием координат электропривода из-за нестабильности параметров АД и сложной их взаимосвязи уступают по своим статическим и динамическим показателям системам с прямым векторным управлением. При сложности вычислительных операций и алгоритмов управления электроприводом достоинство систем с косвенным регулированием в практической надежности, из-за отсутствия датчиков. При векторном управлении АД может питаться как от источника напряжения, так и источника тока. Частотно-токовое векторное управление наиболее распространенно, поскольку при регулировании тока независимо от частоты питания АД обеспечивается регулирование и его момента. Это упрощает схему управления и ограничивает перегрев АД.

Для ЭТ МКМ, обычно, используются ТЭД с достаточно мягкими механическими характеристиками. Абсолютно жесткой является механическая характеристика двигателя, у которого частота вращения вала остается постоянной при изменении момента. Такова механическая характеристика синхронного электродвигателя, она отличается относительно небольшим (1...10 %) изменением частоты вращения вала при изменении момента в рабочем диапазоне. Этими свойствами механических характеристик обладают большинство асинхронных двигателей, двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Мягкая характеристика отличается значительным изменением частоты вращения вала при изменении момента. Таковы механические характеристики двигателей постоянного тока последова 32 тельного возбуждения, специальных асинхронных короткозамкнутых двигателей, асинхронных двигателей с фазным ротором и добавочным резистором. Использование двигателей с мягкими механическими характеристиками в ЭТ МКМ объясняется следующими соображениями:

1. Обычно в дорожных условиях, допускающих движение с большой скоростью, имеют место относительно небольшие сопротивления движению, что требует малого момента двигателей. И наоборот, при тяжелых дорожных условиях, когда требуется преодолевать значительные сопротивления движению и необходим большой момент двигателей, движение осуществляется с относительно малой скоростью.

2. Характер изменения частоты вращения вала и момента приводит к относительно небольшому возрастанию нагрузки на источник электроснабжения при значительном увеличении общего сопротивления движению (мощность N=o)#M возрастает меньше, чем момент М, так как уменьшается угловая скорость ш). Это позволяет устанавливать на машинах с автономным электроснабжением источник, например аккумулятор или генератор, меньшей мощности, чем в случае ТЭД с жесткой характеристикой.

Для ЭТ используют двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, специальные асинхронные короткозамкнутые двигатели с мягкой характеристикой, асинхронные двигатели с пофазно-последовательным включением обмоток статора.

Для двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением применяют торможение противовключением и электродинамическое торможение. При торможении противовключением производится реверсирование двигателя при сохраняющемся направлении движения машины. Перемена направления вращения вала двигателя приводит к изменению знака электродвижущей силы, которая оказывается направленной согласно с напряжением источника электроснабжения, при этом двигатель является потребителем электроэнергии. Для ограничения силы тока и тормозного момента в цепь якоря включается резистор. При торможении противовключением машина может быть остановлена и далее, если двигатель не будет выключен, придет в движение в противоположном направлении.

Электродинамическое торможение может быть осуществлено с самовозбуждением или независимым возбуждением. Кинетическая энергия при этом преобразуется в электрическую, которая рассеется в тормозном сопротивлении или рекуперируется в бортовой сети ТС. Тормозной момент будет уменьшаться при понижении частоты вращения вала двигателя и при малой скорости практически станет равным нулю. Линейная зависимость тормозного момента от частоты вращения вала двигателя получается при использовании электродинамического торможения с независимым возбуждением. Для получения достаточного тормозного момента через обмотку возбуждения должен протекать ток, примерно близкий к номинальному, то есть двигатель будет потреблять примерно номинальную мощность. При торможении с независимым возбуждением механические характеристики лучше, чем при торможении с самовозбуждением, однако требуются затраты энергии и поэтому такое торможение невыгодно. Полная остановка ТС только при помощи электродинамического торможения невозможна, так как при малой скорости тормозной момент равен нулю. Вместе с тем электродинамическое торможение является весьма эффективным для поддержания постоянной скорости при движении ТС вниз по уклону. Электродинамическое торможение применяется как служебное торможение на большегрузных самосвалах в интервале скоростей 10...40 км/ч с дотормаживанием пневматическим приводом при скорости ниже 8 км/ч, когда первое малоэффективно.

Короткозамкнутый АД использовался и используется в качестве тягового для различных машин. При одной и той же мощности он имеют примерно в 2...3 раза меньшую массу и в 1,2... 1,5 раза меньшие габаритные размеры, чем двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. В конструкциях ЭМК ввиду ограниченных их габаритных размеров применение АД приобретает особое значение. Жесткость его характеристики определяется двумя параметрами: критическими моментом и скольжением. Тяговые АД обычно имеют критическое скольжение, достигающее единицы то есть развивают критический момент при включении. Регулирование частоты вращения вала короткозамкнутого АД может осуществляться путем изменения частоты тока ПЧ или числа пар полюсов. Первый способ требует применения специальных ПЧ и в настоящее время считается наиболее перспективным (описан выше). Второй способ используется на рудничных самоходных вагонах, в ЭТ которых применены трехскоростные двигатели, позволяющие регулировать скорость вагона в пределах 3...8 км/ч (на сегодня устарел).

Торможение АД может осуществляться противовключением или переводом в режим генератора. Торможение противовключением на практике не используется, так как тормозной момент получается небольшим, а ток, потребляемый АД, превышает номинальный в 7... 10 раз. Эффективным является торможение в генераторном режиме, т.е. в режиме рекуперации мощности.

Как следует из выше проведенного анализа, основным препятствием для широкого внедрения ЭТ на СКШ является отсутствие достаточно обоснованных и отработанных технических требований к трансмиссиям этого типа. Кроме того, разработка и создание ЭТ выполняется двумя различными по своему профилю областями науки и техники (автомобилестроение и электромашиностроение). При этом, как правило, специалисты каждой из этих областей не имеют достаточной подготовки и знаний по специальным вопросам в другой области, чтобы квалифицированно решать поставленные задачи. Вопросы проектирования и расчета основных параметров ТЭД, генераторов и их систем регулирования применительно к ЭТ МКМ разработаны недостаточно и слабо освещены в технической литературе.

Экспериментальное определение параметров математической модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью

Вонга [56], Г. Пацейки [202, 203] и др. В перечисленных работах процесс качения, как правило, описывается средствами «внешней механики» при ряде допущений, справедливых для качения недоформируемого тела и перенесенных на процесс качения эластичного колеса с соответствующими экспериментальными поправками. Тем не менее, в ряде феноменологических моделей В.А. Петрушовым [115, 117, 120], Ю.В. Пирковским и другими авторами предпринята попытка объяснить физические основы характера взаимодействия эластичного колеса с твердой опорной поверхностью и на грунте [69]. В работе А.С. Литвинова [104] вскрыта физическая сущность процессов, приводящих к потерям энергии в шине, с общих позиций объясняются некоторые коэффициенты, получаемые в эксперименте и указаны причины мнимого несоответствия мощностного и силового баланса эластичного колеса.

В работах Р.В. Вирабова, основанных на классических контактных задачах [54, 55], последовательно рассмотрено качение жесткого и упругого цилиндров по жесткому и упругому основанию [52, 53] установлена связь между нормальными напряжениями и тангенциальными смещениями точек, использована гипотеза о линейности тангенциальных деформаций и тангенциальных смещений. Соответствующий коэффициент жесткости Хад вычислялся в указанных работах через дополнительный момент, обусловленный несимметричностью эпюры нормального давления.

B.C. Гоздеком [60] рассмотрены некоторые возможные пути построения общей математической модели эластичного колеса для случая качения по жесткому основанию. В работе [60] заложены общие принципы построения такой модели с привлечением минимального количества специальных гипотез; доказано, как необходимое для построения модели, условие существования скольжения на заднем фронте контакта. Однако для определения действующих на колесо усилий необходимо совместно с уравнениями кинематических связей рассмотреть описание физической модели колеса.

Сложность теоретических исследований, связанных с рассмотрением качения реального колеса, заключается ещё и в том, что составной частью таких исследований является рассмотрение деформации шины. Как известно, шина представляет собой сложную, нагруженную, многослойную оболочку. Теоретические основы расчета шин заложены в фундаментальных работах В.Л. Бидермана [28, 30...32] и Б.Л. Бухина [31, 43...46]. Разработанный В.А. Пугиным датчик для измерения больших деформаций в шине позволил получить весьма обширную информации о работе элементов шины и обобщения данных по различным типоразмерами шин [33, 34, 39, 144]. Однако расчет нагруженной оболочки по методике Б.Л. Бидермана и Б.Л. Бухина весьма сложен и трудоемок.

Существует ряд более простых моделей шины, позволяющих получить теоретически распределение нормальных давлений, распределение касательных напряжений в контакте и ряд других характеристик шины, найденных правда с использованием некоторых вспомогательных коэффициентов, полученных из эксперимента. К таким моделям относится, например, лента на упругом основании, рассмотренная в работах Н.П. Петрова, В.И. Кнороза, В.Н. Князькова, Е.В. Кленникова, выполненных в НАМИ [88, 92, 114].

При рассмотрении систем, в которых эластичное колесо является одним из составных элементов, обычно используются модели шины, отражающие некоторое основное свойство шины, связанное с рассматриваемой задачей, а побочные явления моделируются более схематично. В этом случае либо используется в качестве основной какая-либо гипотеза (например, гипотеза - бокового увода Брулье [192], гипотеза Келдыша [86] или теория бокового увода Антонова [11]) либо применяется некоторая физическая модель-аналог эластичного колеса и строится математическая модель.

Примером использования введенной гипотезы качения служить работа М.В. Келдыша, об изучении процесса шимми трехосного шасси [86], работа К.С. Колесникова, посвященная исследованию автоколебаний управляемых колес автомобиля [93] и др. При использовании некоторой гипотезы качения могут решаться как стационарные, так и нестационарные задачи. Однако, в последнем случае возможен либо учет только «упругих» свойств шины и пренебрежение инерцией её элементов в контакте, что допустимо при рассмотрении процессов, происходящих с достаточно низкими частотами, либо приходится вводить коррекцию коэффициентов в уравнениях.

Такие коррекции были предложены, например, Д.А. Антоновым [11] при исследовании «неустановившегося увода». С помощью предложенных им зависимостей можно рассчитать продольную и боковую реакцию в пятне контакта при качении эластичного колеса. Предложенные автором коэффициенты коррекции позволят учесть влияние на боковую реакцию следующих факторов: типа поверхности (коэффициент сцепления), изменение нормальной нагрузки на колесо, влияние продольной реакции, отклонения давления воздуха в шине от нормы, боковой наклон колеса к опорной поверхности, колебания колеса при качении по неровному основанию, деформацию грунта под колесом, процесс неустановившегося увода, износ протектора, температуры шины. В модели Д.А. Антонова не учитывается взаимное влияние на продольную реакцию боковой.

При исследовании процессов, связанных главным образом с управляемостью и устойчивостью, в качестве физической модели-аналога применялись: «нить на упругом основании» (например, в работах Кларка [194], М.А. Левина [101, 102] и др.), «балка на упругом основании» (например, в работах B.C. Гоздека [60], А.А. Хачатурова [67] и др.). Для изучения тяговых и боковых сил и деформаций иная модель предложена Бергманом [191]. Е. Фиала [196] моделировал шину упругой лентой на упругом основании и рабочей лентой, способной к сдвигу в тангенциальном направлении.

При решении задач связанных с динамическими нагрузками в трансмиссии и тягово-сцепными свойствами применялись другие модели колеса.

В работах [181, 190] переменный крутящий момент, как силовое возмущение со стороны дороги, принимался прямо пропорциональным вертикальной реакции, действующей на колесо. Более детально вопрос о формировании крутящих моментов в трансмиссии рассмотрен в работах В.И. Рязанцева [148, 149], А.И. Гришкевича [62], В.Н. Белоброва [23, 82].

Результаты стендовых испытаний ТЭД

Сила бокового ветра рассчитана по данным [16], согласно которым для Европы ветер достигает 4 ... 5 баллов по шкале Бофорта (это соответствует скорости в VB=20 ... 39 км/час) и выше менее чем в 20 % случаев всех ветров. С учетом там же приведенной турбулентности ветра равной 1, его скорость может меняться порывом с 0 до VD. Доказано практикой [16], что постоянный боковой ветер менее опасен, чем внезапный порыв. Так как в первом случае водитель легко компенсирует внешнее возмущение поворотом руля, а во втором ему приходится компенсировать сначала возмущение от ветра, а потом свои действия.

Для расчетов на боковой ветер грузовых автомобилей и автобусов предлагается принимать скорость набегающего потока воздуха 80 км/час, а угол скоса потока ветра р 14 (угол между потоком ветра и продольной осью автомобиля) и это соответствует боковому ветру в 20 км/час [16]. Для легковых машин скорость набегающего потока воздуха 100 км/час, угол скоса потока ветра Р 30, что соответствует боковому ветру в 58 км/час. При этом испытания на устойчивость проходят на чистом сухом асфальте. В данной работе для специального МКМ были приняты условия более тяжелые. МКМ двигалось по льду со скоростью 45 км/час (для шин 1600x600-685 это предельная скорость) и боковой ветер в 36 км/час, что соответствует углу скоса потока ветра (3-40.

Исходя из приведенных данных, силу порыва бокового ветра можно рассчитать как: Р. О.Ы-С -Ръ-У; (3.1) где 0 =1.0; F6oK=73 м2 (см. п. 2.3). Во всех смоделированных ситуациях движения МКМ специально взяты наиболее тяжелые, иногда редко реализуемые ситуации (колеса выезжают на обочину или на ров с подъемом в 4 одновременно, боковой ветер большой силы). Это все сделано для того чтобы показать что даже в этих ситуациях предложенное управление ЭТ (руль МКМ остается жестко закреплен), а следовательно и предложенное распределение угловых скоростей и моментов (мощностей) по колесам МКМ дает водителю от 10 до 20 сек на принятие решения и исправление ситуации рулем, педалями «тяги» и тормоза. Можно конечно и для этих ситуаций использовать ограничение угловых скоростей колес с целью поддержания курсовой устойчивости МКМ, аналогичное варианту 4 (рис. 3.30 ... 3.36) и добиться этим значительного уменьшения бокового смещения и разворота МКМ за счет снижения тягово-скоростных возможностей. Однако наличие огромного количества подобных дорожных ситуаций и большого количества разнообразных внешних воздействий (возмущений) на МКМ приведет к значительному усложнению САУ, чтобы гарантированно избежать ложных срабатываний. Кроме того, такая САУ будет активно управлять не только ЭТ и тормозами, что приведет к изменения линейной скорости МКМ помимо воли водителя (к этому водитель обычно относится спокойно), но и к управлению поворотом колес без таковых указаний со стороны водителя (это воспринимается водителем по-разному, вплоть до панических действий с его стороны).

Поэтому, по мнению автора, выбор того или иного способа управления должен делаться индивидуально для каждого конкретного МКМ, а предложенной в данной работе метод поможет в этом.

На рисунках 3.44 ... 3.50 представлены следующие смоделированные ситуации: 1. - При движении МКМ на подъеме а=4 со скоростью V=36 км/час выезд на поверхность типа «микст» (справа лед (pxmax=0-U слева асфальт фхтах=0.7) - черная линия; 2. - При движении МКМ на подъеме а=8 со скоростью V=20 км/час выезд на поверхность типа «микст» (справа лед фХШХ=0.1, слева асфальт фмгах=0.7) - красная линия; 3. - При движении МКМ на поверхности типа «микст» (справа лед фхтах=0.1, слева асфальт фХтах=0.7) со скоростью V=45 км/час выезд на подъем а=6 - синяя линия; 142 4. - При движении МКМ на поверхности типа «микст» (справа лед фхтах=0-1, слева асфальт фхтах=0.7) со скоростью V=45 км/час выезд на подъем а=10 - зеленая линия. Все вышеперечисленные ситуации совершаются в момент времени О секунд. Во время всех случаев руль МКМ остается жестко закреплен. В-первых двух случаях линейная скорость МКМ выбрана из тягово-динамических возможностей движения на подъеме. Как видно из графиков в 1-ом и 3-ем случае изменение траектории МКМ плавное и небольшое, при этом линейная скорость если и уменьшается, то все равно остается большей нуля. Во 2-ом и 4-ом случае, когда внешнее сопротивление увеличивается более значительно, линейная скорость МКМ снижается до нуля. Но даже в этих случаях изменение траектории достаточно плавное и вполне может быть скомпенсировано водителем с помощью рулевого управления.