RU2187437C1 - Vehicle steering device - Google Patents
Vehicle steering device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187437C1 RU2187437C1 RU2001102004/28A RU2001102004A RU2187437C1 RU 2187437 C1 RU2187437 C1 RU 2187437C1 RU 2001102004/28 A RU2001102004/28 A RU 2001102004/28A RU 2001102004 A RU2001102004 A RU 2001102004A RU 2187437 C1 RU2187437 C1 RU 2187437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- vehicle
- control unit
- axis
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к управлению транспортными средствами с индивидуальным электроприводом колес и может быть использовано в транспортном машиностроении при создании модульных транспортных платформ особо большой грузоподъемности. The invention relates to driving vehicles with an individual electric wheel drive and can be used in transport engineering to create modular transport platforms with a particularly large payload.
Известно устройство для управления транспортным средством, содержащее общие задатчики радиуса поворота и скорости движения транспортного средства, соединенные с соответствующими задатчиками радиуса поворота и скорости движения оси, блоки определения углов поворота колес и исполнительные механизмы поворота /1/. A device for controlling a vehicle is known, containing common adjusters of the turning radius and speed of the vehicle, connected to the corresponding adjusters of the turning radius and speed of the axis, blocks for determining the angles of rotation of the wheels and actuators turning / 1 /.
В известном устройстве для управления направлением движения осуществляется поворот колес на величину, определяемую выражением
αqi = arctg(lq/Ri), (1)
где αqi - угол поворота i-го колеса q-той относительно оси продольной симметрии транспортного средства; lq - расстояние центра оси колеса от центра машины, определяемого как проекция полюса поворота на ее продольную ось; Rqi - радиус поворота i-го колеса q-той оси.In the known device for controlling the direction of motion, the wheels are rotated by an amount determined by the expression
α qi = arctan (l q / R i ), (1)
where α qi is the angle of rotation of the i-th wheel of the q-th relative to the axis of longitudinal symmetry of the vehicle; l q is the distance of the center of the axis of the wheel from the center of the machine, defined as the projection of the pole of rotation on its longitudinal axis; R qi is the turning radius of the i-th wheel of the q-th axis.
Недостатком известного устройства является зависимость реализуемого радиуса поворота от скорости движения транспортного средства. A disadvantage of the known device is the dependence of the realized turning radius on the speed of the vehicle.
Более близким по совокупности признаков является устройство управления движением транспортного средства, содержащее для каждой оси задатчики радиуса поворота и скорости движения оси, блок формирования команд и электроприводы колес, причем выход задатчика скорости оси соединен с первым входом, а выход задатчика радиуса поворота оси - со вторым входом блока формирования команд, первый и второй выходы которых соединены с первыми входами электроприводов соответствующего колеса /2/. Closer in the aggregate of features is a vehicle motion control device comprising, for each axis, rotational radius and axis speed adjusters, a command generation unit and electric drives of the wheels, the axis speed adjuster output being connected to the first input and the axis turning radius adjuster output to the second the input of the command formation unit, the first and second outputs of which are connected to the first inputs of the electric drives of the corresponding wheel / 2 /.
В известном устройстве, благодаря перемножению сигналов, пропорциональных радиусу поворота и требуемой скорости движения оси транспортного средства, обеспечивается независимость реализуемого радиуса поворота от задаваемой скорости движения. Известное устройство обеспечивает существенное повышение маневренности транспортного средства при сохранении возможности управления скоростью движения при маневрировании без ее влияния на реализуемую траекторию. При этом поворот осуществляется за счет изменения соотношения частот вращения двигателей правого и левого бортов (бортовой поворот). Однако в известном устройстве не учитываются геометрические размеры транспортного средства при формировании алгоритма управления и оно не обеспечивает управляемого поворота машины. Кроме того, при движении и маневрировании транспортного средства реализуемая траектория зависит не от соотношения задаваемых сигналов управления электроприводом колес, а от соотношения действительных скоростей движения правого и левого бортов транспортного средства. Это обусловлено тем, что в известном устройстве блоком формирования команд задается требуемая частота вращения колес борта. Однако линейная взаимозависимость частоты вращения колеса и его линейной скорости движения возможна только при постоянном радиусе колеса. Вместе с тем известно, что при работе транспортного средства в тяговом режиме в тяжелых грунтовых условиях действительная скорость движения определяется силовым радиусом Rкс, зависящим от тяговой нагрузки и условий взаимодействия колеса с опорной поверхностью. Эта зависимость скорости от силового радиуса наиболее просто выражается с помощью коэффициента буксования /3/
δ = AΨ+BΨn, (2)
где A, B, n - коэффициенты, зависящие от свойств опорной поверхности; Ψ= Т/G - относительная сила тяги пневмоколесного движителя; T, G - абсолютные значения силы тяги и вертикальной нагрузки на ось колеса,
в виде
Vdi = ωqiRko = ωqiRko(1-δi) = Vqi(1-δi), (3)
где Rko - расчетный радиус колеса; Vdi - действительная скорость движения i-го колеса; ωqi - частота вращения i-го колеса q-той оси; Vqi - заданная скорость i-го колеса q-той оси.In the known device, due to the multiplication of signals proportional to the radius of rotation and the required speed of the axis of the vehicle, the independence of the realized radius of rotation from the set speed of movement is ensured. The known device provides a significant increase in the maneuverability of the vehicle while maintaining the ability to control the speed when maneuvering without affecting the trajectory. In this case, the rotation is carried out by changing the ratio of the rotational speeds of the engines of the right and left sides (side turn). However, the known device does not take into account the geometric dimensions of the vehicle when forming the control algorithm and it does not provide controlled rotation of the machine. In addition, when the vehicle is moving and maneuvering, the trajectory that is implemented does not depend on the ratio of the set control signals of the electric drive of the wheels, but on the ratio of the actual speeds of the right and left sides of the vehicle. This is due to the fact that in the known device, the command generation unit sets the required rotational speed of the bead wheels. However, a linear interdependence of the wheel speed and its linear speed is possible only with a constant radius of the wheel. However, it is known that when the vehicle is in traction mode in severe soil conditions, the actual speed is determined by the power radius R kc , depending on the traction load and the conditions of interaction of the wheel with the supporting surface. This dependence of speed on the force radius is most simply expressed using the slip coefficient / 3 /
δ = AΨ + BΨ n , (2)
where A, B, n are coefficients depending on the properties of the supporting surface; Ψ = T / G is the relative traction force of the pneumatic wheel propeller; T, G - absolute values of traction and vertical load on the wheel axis,
as
V di = ω qi R ko = ω qi R ko (1-δ i ) = V qi (1-δ i ), (3)
where R ko is the estimated radius of the wheel; V di is the actual speed of the i-th wheel; ω qi is the rotation frequency of the i-th wheel of the q-th axis; V qi is the set speed of the i-th wheel of the q-th axis.
Следовательно, задание скорости Vqi = ωqiRko еще не обеспечивает ее действительного значения и, что наиболее значимо для маневренности транспортного средства, требуемого соотношения скоростей движения правого и левого колес оси. Объясняется это тем, что при маневрировании крупногабаритного транспортного средства работа колес разных бортов может осуществляться в различающихся условиях взаимодействия с опорной поверхностью, происходит перераспределение нагрузок между колесами внутреннего и внешнего, по отношению к центру поворота, бортов транспортного средства, приводящие к различию значений буксований правого и левого колес и, следовательно, к отличному от задаваемого соотношению их действительных скоростей движения. Это приводит к отклонению траектории движения от заданной (с отличным от задаваемого радиусом поворота), возникновению замкнутых через опорную поверхность и корпус машины контуров циркуляции паразитной мощности, снижающей энергетическую эффективность процесса управления, что, в конечном счете, также снижает маневренность транспортного средства.Therefore, setting the speed V qi = ω qi R ko does not yet ensure its actual value and, which is most significant for the maneuverability of the vehicle, the required ratio of the speeds of movement of the right and left axle wheels. This is explained by the fact that when maneuvering a large-sized vehicle, the work of wheels of different sides can be carried out in different conditions of interaction with the supporting surface, there is a redistribution of loads between the wheels of the inner and outer sides of the vehicle with respect to the center of rotation, leading to a difference in the values of slipping of the right and left wheels and, therefore, to a different from the specified ratio of their actual speeds. This leads to a deviation of the trajectory from the specified one (with a different turning radius), the appearance of circuits of parasitic power closed through the supporting surface and the machine body, which reduces the energy efficiency of the control process, which, ultimately, also reduces the maneuverability of the vehicle.
Таким образом, контроль процессов буксования колес движителя принципиально необходим для повышения маневренности транспортного средства и позволяет рационально использовать ограниченные энергетические возможности автономного тягового привода. Thus, control of the processes of slipping the wheels of the mover is fundamentally necessary to increase the maneuverability of the vehicle and allows you to rationally use the limited energy capabilities of an autonomous traction drive.
Задачей изобретения является повышение маневренности транспортного средства с индивидуальным приводом управляемых колес при работе в тяжелых грунтовых условиях в тяговом режиме. The objective of the invention is to increase the maneuverability of a vehicle with an individual drive of the steered wheels when operating in difficult ground conditions in traction mode.
Задача достигается тем, что в устройстве управления движением транспортного средства, содержащем общий задатчик радиуса поворота транспортного средства, соединенный со всеми задатчиками радиусов поворота осей, общий задатчик скорости движения транспортного средства, соединенный с первыми входами всех задатчиков скоростей движения осей, блоки формирования команд по числу осей, каждый из которых выполнен из двух сумматоров, источника опорного напряжения и двух перемножителей, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего задатчика скорости движения оси, второй вход - со вторым входом соответствующего задатчика скорости оси, выходом задатчика радиуса поворота и входами блоков определения углов поворота колес данной оси, каждый из которых через соответствующие исполнительные механизмы поворота подключен к соответствующему колесу левого и правого бортов транспортного средства, каждое из которых снабжено соответствующим электроприводом, причем первый вход электропривода каждой оси левого борта соединен с первым выходом соответствующего блока формирования команд, со вторым выходом которого соединен первый выход электропривода правого борта данной оси, отличительными от прототипа признаками является то, что в нем дополнительно установлены общий источник опорного сигнала, по два бортовых сумматора, нелинейных элемента, элемента сравнения, и, по числу колес - блоки управления и блоки контроля, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим колесом, второй вход - с выходом соответствующего электропривода, а выход соединен с первым входом соответствующего блока управления, четвертый вход которого соединен с соответствующим данному борту выходом блока формирования команд соответствующей оси, вторые входы блоков управления одного борта объединены и соединены с выходом соответствующего бортового сумматора, входы которого соединены с выходами блоков контроля соответствующего борта, а выход соединен со входом соответствующего данному борту бортового нелинейного элемента, выход которого соединен с первым входом соответствующего бортового элемента сравнения, вторые входы которых объединены и соединены с выходом общего источника опорного сигнала, а выход соединен с третьими входами блоков управления соответствующего борта, выход каждого из которых соединен со вторым входом соответствующего электропривода, а каждый блок управления выполнен в виде функционального преобразователя, первый вход которого подключен к первому входу блока управления, и соединен с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен ко второму входу блока управления, а выход соединен со вторым входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом делителя первого элемента деления и первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления, а выход соединен со входом делимого первого элемента деления, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход которого подключен к четвертому входу блока управления, выход которого через интегратор подключен к выходу перемножителя, а каждый блок контроля состоит из второго элемента деления, выход которого подключен к выходу блока контроля, первый вход которого через датчик нагрузки колеса подключен ко входу делителя второго элемента деления, вход делимого которого через датчик нагрузки электропривода подключен ко второму входу блока контроля. The objective is achieved in that in a vehicle motion control device comprising a common vehicle turning radius adjuster connected to all axle rotation radius adjusters, a common vehicle speed adjuster connected to the first inputs of all axle speed adjusters, command generation units by number axes, each of which is made of two adders, a reference voltage source and two multipliers, the first input of each of which is connected to the output, respectively axis, the second input - with the second input of the corresponding axis speed controller, the output of the radius of rotation indicator and the inputs of the units for determining the steering angles of the wheels of this axis, each of which is connected to the corresponding wheel of the left and right sides of the vehicle through the corresponding actuating mechanisms of rotation, each of which is equipped with a corresponding electric drive, and the first input of the electric drive of each axis of the port side is connected to the first output of the corresponding unit team formation, the second output of which is connected to the first output of the starboard electric drive of the right axis, distinctive features from the prototype are the fact that it additionally has a common reference signal source, two on-board adders, a nonlinear element, a comparison element, and, according to the number of wheels, control units and control units, the first input of each of which is connected to the corresponding wheel, the second input to the output of the corresponding electric drive, and the output is connected to the first input of the corresponding control unit ia, the fourth input of which is connected to the output of the command generation unit of the corresponding axis with the corresponding board, the second inputs of the control boards of one side are combined and connected to the output of the corresponding board adder, the inputs of which are connected to the outputs of the control units of the corresponding board, and the output is connected to the input of the corresponding board on-board non-linear element, the output of which is connected to the first input of the corresponding on-board comparison element, the second inputs of which are combined and connected with the output of a common reference signal source, and the output is connected to the third inputs of the control units of the corresponding side, the output of each of which is connected to the second input of the corresponding electric drive, and each control unit is made in the form of a functional converter, the first input of which is connected to the first input of the control unit, and connected to the first input of the first comparison element, the second input of which is connected to the second input of the control unit, and the output is connected to the second input of the functional converter which is connected to the input of the divider of the first division element and the first input of the second comparison element, the second input of which is connected to the third input of the control unit, and the output is connected to the input of the divisible first division element, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, the second input of which is connected to the fourth input of the control unit, the output of which through the integrator is connected to the output of the multiplier, and each control unit consists of a second division element, the output of which is connected to the output of the control unit I, the first input of which through the wheel load sensor is connected to the input of the second divider dividing element through which the dividend input load sensor actuator connected to the second input of the control unit.
Целесообразно, чтобы каждый электропривод был выполнен в виде электродвигателя, выход которого подключен к выходу электропривода, а вход через регулятор соединен с выходом сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам электропривода, а каждый задатчик скорости оси был выполнен в виде второго перемножителя, выход которого подключен к выходу задатчика скорости оси, второй вход которого через нелинейный элемент подключен ко второму входу второго перемножителя, первый вход которого подключен к первому входу задатчика скорости оси. It is advisable that each electric drive was made in the form of an electric motor, the output of which is connected to the output of the electric drive, and the input through the regulator is connected to the output of the adder, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the electric drive, and each axis speed adjuster was made in the form the second multiplier, the output of which is connected to the output of the axis speed controller, the second input of which is connected through a nonlinear element to the second input of the second multiplier, the first input of which is connected is connected to the first input of the axis speed controller.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Figure 1 presents the functional diagram of the proposed device.
На фиг.2 представлена схема поворота транспортного средства, позволяющая уяснить процесс управления и обозначено: Rц - радиус поворота центра транспортного средства; R01, R02 - радиусы поворота центров левого и правого бортов; Rq1(2) - радиусы поворота соответствующих колес q-той оси; αq1(2) - углы поворота левого и правого колес q-той оси; Vц - заданная скорость движения центра; VdBl, VdB2 - скорости движения левого и правого бортов транспортного средства; lq (q=1, 2,...) - расстояние q-той оси от центра.Figure 2 presents a diagram of the rotation of the vehicle, which allows to understand the control process and is indicated: R c - radius of rotation of the center of the vehicle; R 01 , R 02 - the radius of rotation of the centers of the left and right sides; R q1 (2) —radiuses of rotation of the corresponding wheels of the qth axis; α q1 (2) - rotation angles of the left and right wheels of the q-th axis; V c - a given speed of the center; V dBl , V dB2 - the speed of the left and right sides of the vehicle; l q (q = 1, 2, ...) is the distance of the qth axis from the center.
На фиг. 3 приведены статические характеристики транспортного средства, позволяющие уяснить алгоритм управления и обозначено: Vq0 - заданная скорость движения колес борта при равномерной нагрузке их электроприводов; Vq1, Vq2 - заданные скорости движения колес борта при изменении условий их взаимодействия с опорной поверхностью (перераспределение нагрузок электроприводов колес); V1, V2 - кривые действительных скоростей колес при одинаковых и различающихся условиях взаимодействия с опорной поверхностью; 1, 2 - кривые изменения коэффициента буксования δ, отражающие условия взаимодействия колес с опорной поверхностью; Ψ, φ - относительные тяговое и окружное усилия на колесе; Ψ0′, Ψ1, Ψ1′, φ0, φ01, φ1, φ1′ - соответствующие относительные усилия, отражающие характерные точки процесса управлением движением; δ1, δ2 - кривые изменения коэффициента буксования колеса, построенные в функции относительного окружного усилия; f1, f2 - кривые взаимосвязи относительной силы тяги и относительного окружного усилия колеса.In FIG. Figure 3 shows the static characteristics of the vehicle, allowing to understand the control algorithm and is indicated: V q0 - the specified speed of the wheels of the board with a uniform load of their electric drives; V q1 , V q2 - the specified speeds of the wheels of the bead when changing the conditions of their interaction with the supporting surface (redistribution of loads of electric drives of the wheels); V 1 , V 2 - curves of the actual speeds of the wheels under the same and different conditions of interaction with the supporting surface; 1, 2 - curves of changes in the slipping coefficient δ, reflecting the conditions of interaction of the wheels with the supporting surface; Ψ, φ - relative traction and circumferential forces on the wheel; Ψ 0 ′, Ψ 1 , Ψ 1 ′, φ 0 , φ 01 , φ 1 , φ 1 ′ are the corresponding relative forces reflecting the characteristic points of the process by motion control; δ 1 , δ 2 - curves of changes in the coefficient of slipping of the wheel, plotted as a function of relative circumferential force; f 1 , f 2 - curves of the relationship of the relative thrust and relative circumferential force of the wheel.
Устройство для управления движением транспортного средства содержит общие задатчики радиуса 1 (фиг. 1) поворота и скорости 2 движения транспортного средства, выходы которых соединены соответственно со входами задатчиков 3 радиуса поворота и первыми входами задатчиков 4 скорости каждой оси, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего блока 5 формирования команд, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего задатчика 3 радиуса поворота, вторым входом задатчика 4 скорости движения оси и входами соответствующих данной оси блоков 6 определения углов поворота, выходы которых через соответствующие исполнительные механизмы 7 поворота управляют угловым положением соответствующих колес 8 относительно продольной оси транспортного средства. Для изменения режима работы каждого из колес 8 транспортного средства используются соединенные с ними соответствующие электроприводы 9, первые входы электроприводов 9 одного борта соединены с четвертыми входами соответствующих блоков 10 управления и с первым выходом блока 5 формирования команд, второй выход которого соединен с первым входом электропривода 9 другого борта и четвертым входом соответствующего блока 10 управления другого борта, первые входы каждого из которых соединены с выходами соответствующих блоков 11 контроля, первые входы которых подключены к соответствующему колесу 8, вторые входы соединены с выходом соответствующего электропривода 9, а выход соединен с соответствующим входом соответствующего бортового сумматора 12, выход каждого из которых соединен через соответствующий бортовой нелинейный элемент 13 с первым входом соответствующего бортового элемента 14 сравнения, вторые входы которых объединены и соединены с выходом первого общего источника 15 опорного сигнала, а выходы - с третьими входами блоков 10 управления соответствующего борта, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих бортовых сумматоров 12, а выход каждого блока 10 управления соединен со вторым входом соответствующего электропривода 9. The device for controlling the movement of the vehicle contains common adjusters of radius 1 (Fig. 1) of rotation and
Каждый из блоков 10 управления состоит из двух элементов 16 и 17 сравнения, первого элемента деления 18, первого перемножителя 19, выход которого через интегратор 20 подключен к выходу блока 10 управления и функционального преобразователя 21, первый вход которого подключен к первому входу блока 10 управления и первому входу первого элемента 16 сравнения, второй вход которого подключен ко второму входу блока 10 управления, а выход - ко второму входу функционального преобразователя 21, выход которого соединен с первым входом второго элемента 17 сравнения и со входом делимого первого элемента 18 деления, вход делителя которого подключен к выходу второго элемента 17 сравнения, а выход соединен с первым входом первого перемножителя 19, второй вход которого подключен к четвертому входу блока 10 управления, третий вход которого подключен ко второму входу второго элемента 17 сравнения. Each of the control units 10 consists of two comparison elements 16 and 17, the first division element 18, the first multiplier 19, the output of which through the integrator 20 is connected to the output of the control unit 10 and the functional converter 21, the first input of which is connected to the first input of the control unit 10 and the first input of the first comparison element 16, the second input of which is connected to the second input of the control unit 10, and the output to the second input of the functional converter 21, the output of which is connected to the first input of the second comparison element 17 I and the input of the dividend first division element 18, the input of the divider of which is connected to the output of the second comparison element 17, and the output is connected to the first input of the first multiplier 19, the second input of which is connected to the fourth input of the control unit 10, the third input of which is connected to the second input of the second element 17 comparison.
Каждый блок 11 контроля включает в себя второй элемент 22 деления, датчик 23 нагрузки электропривода 9 и датчик 24 нагрузки колеса 8, подключенный со стороны входа к первому входу блока 11 контроля, второй вход которого через датчик 23 нагрузки электропривода соединен со входом делимого второго элемента 22 деления, вход делителя которого соединен с выходом датчика 24 нагрузки колеса, а выход подключен к выходу блока 11 контроля. Each control unit 11 includes a second division element 22, a load sensor 23 of the electric drive 9 and a load sensor 24 of the wheel 8 connected from the input side to the first input of the control unit 11, the second input of which is connected through the sensor 23 of the load of the electric drive to the input of the divisible second element 22 division, the input of the divider which is connected to the output of the wheel load sensor 24, and the output is connected to the output of the control unit 11.
Электропривод 9 состоит из последовательно соединенных блока 25 регулирования и электродвигателя 26, выход которого является выходом электропривода 9, первый и второй входы которого подключены соответственно с первым и вторым входами сумматора 27, выход которого соединен со входом регулятора 25. The electric drive 9 consists of series-connected control unit 25 and an electric motor 26, the output of which is the output of the electric drive 9, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the adder 27, the output of which is connected to the input of the controller 25.
Задатчик 4 скорости движения оси выполнен из второго перемножителя 28, выход которого подключен к выходу задатчика 4 скорости движения оси, второй вход которого через нелинейный элемент 29 соединен со вторым входом второго перемножителя 28, первый вход которого подключен к первому входу задатчика скорости движения оси. The axis speed controller 4 is made of a second multiplier 28, the output of which is connected to the output of the axis speed controller 4, the second input of which is connected via a non-linear element 29 to the second input of the second multiplier 28, the first input of which is connected to the first input of the axis speed controller.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При движении транспортного средства и маневрировании водитель воздействует на общий задатчик 1 радиуса поворота транспортного средства, выходной сигнал которого, пропорциональный требуемому радиусу Rц поворота центра транспортного средства, поступает на вход задатчика 3 радиуса поворота каждой оси. Назначение задатчика 3 радиуса поворота оси состоит в преобразовании входного сигнала в сигнал, пропорциональный требуемому радиусу Rq поворота q-той оси с учетом ее положения в структуре многоопорного транспортного средства в соответствии с выражением
где lq - расстояние центра оси колеса от центра машины, определяемого как проекция полюса поворота на ее продольную ось. Выходной сигнал задатчика 3 радиуса поворота оси поступает на входы блоков 6 определения углов поворота соответствующих колес 8. Назначение блоков 6 состоит в определении требуемого угла αq1(2) поворота левого (например, с индексом 1) и правого (индекс 2) колес 8 оси относительно продольной оси машины в соответствии с выражением, следующим из (1)
где В - база машины, а знак угла определяется соотношением знаков lq и Rq1(2), т. е. геометрическим расположением оси и направлением поворота, причем одно из положений центра поворота относительно продольной оси транспортного средства принято за положительное.When the vehicle is moving and maneuvering, the driver acts on a
where l q is the distance of the center of the axis of the wheel from the center of the machine, defined as the projection of the pole of rotation on its longitudinal axis. The output signal of the
where B is the base of the machine, and the sign of the angle is determined by the ratio of the signs l q and R q1 (2), i.e., the geometric arrangement of the axis and the direction of rotation, moreover, one of the positions of the center of rotation relative to the longitudinal axis of the vehicle is taken as positive.
Знак перед В/2, таким образом, определяется только направлением поворота. The sign in front of B / 2 is thus determined only by the direction of rotation.
Выходные сигналы блоков 6 определения углов поворота колес 8 через соответствующие исполнительные механизмы 7 изменяют угловое положение колес 8 относительно продольной оси транспортного средства. Таким образом, движение каждого колеса оси осуществляется по круговой траектории, центр которой находится в полюсе поворота машины. Скорость движения транспортного средства при маневрировании определяется устанавливаемым водителем уровнем выходного сигнала общего задатчика 2 скорости движения транспортного средства. Для обеспечения движения по кривой заданного радиуса выходной сигнал общего задатчика 2 скорости движения транспортного средства поступает на первые входы задатчиков 4 скорости движения каждой оси, на второй вход каждого из которых поступает сигнал с выхода соответствующего задатчика 3 радиуса поворота оси. На выходе задатчика 4 скорости движения оси формируется сигнал, пропорциональный требуемой линейной скорости центра оси Vq, определяемой выражением
где Vц - задаваемая водителем скорость движения центра машины.The output signals of the blocks 6 determine the angle of rotation of the wheels 8 through the respective actuators 7 change the angular position of the wheels 8 relative to the longitudinal axis of the vehicle. Thus, the movement of each axle wheel is carried out along a circular path, the center of which is located in the pole of rotation of the machine. The speed of the vehicle during maneuvering is determined by the driver set the level of the output signal of the
where V c - the speed of the center of the car set by the driver.
Сигналы, пропорциональные Vq и Rq, поступают соответственно на первый и второй входы соответствующего блока 5 формирования команд, на первом выходе каждого из которых формируется сигнал, пропорциональный требуемой скорости движения левого, а на втором - требуемой скорости движения правого колес 8 соответствующей оси. Для изменения скоростей движения колес 8 используются соответствующие электроприводы 9, первые входы которых соединены с первым и вторым входами блока 5 формирования команд соответствующей оси, а выходы - с соответствующими колесами оси левого и правого бортов.Signals proportional to V q and R q are respectively supplied to the first and second inputs of the corresponding unit 5 for generating commands, at the first output of each of which a signal is generated proportional to the required speed of the left wheel, and at the second - the required speed of the right wheel 8 of the corresponding axis. To change the speeds of the wheels 8, the corresponding electric drives 9 are used, the first inputs of which are connected to the first and second inputs of the command generation unit 5 of the corresponding axis, and the outputs are connected to the corresponding wheels of the axis of the left and right sides.
Для обеспечения требуемого соотношения скоростей движения колес правого и левого бортов машины сигналы на первом и втором выходах блока 5 формирования команд пропорциональны произведению требуемой скорости движения соответствующих колес 8 на их относительные радиусы поворота, т.е. пропорциональны значению
Vqi = ωqRqi = V2Rqi/Rц, (7)
где ωq - угловая скорость поворота q-той оси, равная угловой скорости поворота центра ωц.
Этот сигнал, поступая на первый вход соответствующего электропривода 9, определяет уровень сигнала задания на выходе регулятора 25 и, следовательно, частоту вращения соответствующего тягового двигателя 26 и линейную скорость движения соединенного с ним колеса 8.To ensure the required ratio of the speeds of the wheels of the starboard and starboard sides of the machine, the signals at the first and second outputs of the command generation unit 5 are proportional to the product of the required speed of the respective wheels 8 and their relative turning radii, i.e. proportional to
V qi = ω q R qi = V 2 R qi / R q , (7)
where ω q is the angular velocity of rotation of the q-th axis, equal to the angular velocity of rotation of the center ω c .
This signal, arriving at the first input of the corresponding electric drive 9, determines the level of the reference signal at the output of the controller 25 and, therefore, the rotational speed of the corresponding traction motor 26 and the linear speed of the wheel 8 connected to it.
Для компенсации влияния изменяющихся при движении транспортного средства свойств опорной поверхности, выражаемых зависимостью (2), для каждого электропривода 9 используются блоки управления 10 и блоки 11 контроля, а также общие для борта транспортного средства бортовые сумматоры 12, нелинейные элементы 13 и сумматоры 14. To compensate for the influence of the properties of the supporting surface, which vary with the movement of the vehicle, expressed by dependence (2), for each electric drive 9, control units 10 and control units 11 are used, as well as on-board totalizers 12, nonlinear elements 13 and totalizers 14, common for the vehicle side.
Алгоритм их функционирования состоит в следующем. The algorithm for their functioning is as follows.
При движении транспортного средства по кривой радиуса Roi(2) (фиг.2) водителем задается скорость движения Vц, определяющая угловую скорость ωц = Vц/Rц, одинаковую для всех колес. При этом действительная скорость движения i-го колеса определяется выражением
Vdi = ωцRqi(1-δi) = VцRqi(1-δi)/Rц, (8)
следующим из (3).When the vehicle is moving along a curve of radius R oi (2) (Fig. 2), the driver sets the speed V c determining the angular speed ω c = V c / R c , the same for all wheels. The actual speed of the i-th wheel is determined by the expression
V di = ω c R qi (1-δ i ) = V c R qi (1-δ i ) / R c , (8)
following from (3).
Из-за невозможности выявления величины буксования каждого колеса полноприводного транспортного средства учет абсолютных значений этого показателя не может быть принят в качестве корректирующего работу соответствующих электроприводов. В полноприводном транспортном средстве не представляется возможным определение и обобщенных, характеризующих в целом процесс движения значений буксования из-за практической невозможности измерения действительной скорости движения машины. Следовательно, для повышения маневренности транспортного средства формирование корректирующих воздействий должно осуществляться не по значениям коэффициента буксования каждого колеса, а по изменению этой величины относительно некоторого, наперед заданного и контролируемого в процессе движения значения. Due to the impossibility of detecting the slippage value of each wheel of an all-wheel drive vehicle, the account of the absolute values of this indicator cannot be accepted as correcting the operation of the corresponding electric drives. In a four-wheel drive vehicle, it is not possible to determine generalized, characterizing the whole process of movement of the slippage values due to the practical impossibility of measuring the actual speed of the machine. Therefore, to increase the maneuverability of the vehicle, the formation of corrective actions should be carried out not by the values of the slipping coefficient of each wheel, but by changing this value relative to a certain value set in advance and controlled during the movement.
Поскольку колеса одного борта работают в мало отличающихся условиях взаимодействия с опорной поверхностью, а водитель в состоянии определить некоторые ее общие, наиболее характерные для движения всего транспортного средства свойства (вид поверхности по составу (грунт, песок, глина, асфальтобетон и т.д.), его уровень влажности, разрыхленность и т.д.), представляется целесообразным использовать в качестве характеристик ожидаемого взаимодействия колеса с опорной поверхностью типовые зависимости изменения кривой буксования для этих субъективно оцениваемых условий. Таким образом, ожидаемые условия взаимодействия колес транспортного средства с опорной поверхностью выражаются изменением обобщенного коэффициента буксования δo в функции обобщенного относительного тягового усилия эквивалентного "колеса" транспортного средства. Учитывая также, что для обеспечения заданной кривизны траектории (радиуса поворота) необходимо поддерживать достаточно неизменным требуемое соотношение действительных скоростей бортов, в качестве управляемых по условиям взаимодействия с опорной поверхностью должны быть выбраны колеса, расположенные на различных бортах машины, и, следовательно, контролю подлежат относительные изменения условий работы бортовых колес каждой оси транспортного средства, определяемые на основе типовых зависимостей кривой буксования от относительной силы тяги.Since the wheels of one side operate in slightly different conditions of interaction with the supporting surface, and the driver is able to determine some of its common, most characteristic for the movement of the entire vehicle properties (type of surface in composition (soil, sand, clay, asphalt, etc.) , its moisture level, loosening, etc.), it seems appropriate to use the typical dependencies of the change in the slipping curve for these subjects as characteristics of the expected interaction of the wheel with the supporting surface assessed conditions. Thus, the expected conditions for the interaction of the vehicle wheels with the supporting surface are expressed by a change in the generalized slipping coefficient δ o as a function of the generalized relative tractive effort of the equivalent vehicle “wheel”. Considering also that in order to ensure a given curvature of the trajectory (turning radius), it is necessary to maintain the required ratio of the actual speeds of the sides fairly constant, the wheels located on different sides of the machine should be selected as controlled by the conditions of interaction with the supporting surface, and therefore, relative changes in the operating conditions of the side wheels of each axis of the vehicle, determined on the basis of typical dependencies of the slipping curve on the relative s thrust.
Расчетное или прогнозируемое значение скорости движения, задаваемое водителем общим задатчиком скорости движения 2 транспортного средства и учитывающее значение обобщенного коэффициента буксования колеса, определяется выражением
VdB1(2) = VцRo1(2)(1-δo)/Rц (9)
и отличается от действительной скорости движения соответствующей точки борта на величину отклонения реального буксования от обобщенного.The calculated or predicted value of the speed of movement set by the driver with the
V dB1 (2) = V c R o1 (2) (1-δ o ) / R c (9)
and differs from the actual speed of movement of the corresponding side point by the deviation of the real skidding from the generalized one.
Следовательно, для реализации заданной траектории движения должна быть изменена скорость движения центра, значение которой следует из (9)
Vц = VdiRц/Rqi(1-δi). (10)
Тогда (10) можно записать в виде
VdB1(2) = VdiRoi(2)(1-δo)/Rqi(1-δi). (11)
Если буксование колеса соответствует обобщенному, (δo = δi), то
VdBo1(2)=VdiRo1(2)/Rqi, (12)
и, следовательно, для движения колеса со скоростью, определяемой выражением (9), в соответствующий сигнал управления должна быть введена добавка
Поскольку Vdi= VqiRqi/Rol(2), то ΔVi = Vqi(δo-δi)/(1-δi), или, учитывая (7),
Следовательно, при управлении поворотом транспортного средства к сигналу управления соответствующим электроприводом 9, определяемому выражением (7) 8, необходимо добавить сигнал, пропорциональный (14).Therefore, for the implementation of a given trajectory of motion, the speed of the center must be changed, the value of which follows from (9)
V c = V di R c / R qi (1-δ i ). (10)
Then (10) can be written as
V dB1 (2) = V di R oi (2) (1-δ o ) / R qi (1-δ i ). (eleven)
If the wheel slip corresponds to the generalized one, (δ o = δ i ), then
V dBo1 (2) = V di R o1 (2) / R qi , (12)
and, therefore, for the wheel to move at a speed determined by expression (9), an additive must be added to the corresponding control signal
Since V di = V qi R qi / R ol (2) , then ΔV i = V qi (δ o -δ i ) / (1-δ i ), or, taking into account (7),
Therefore, when controlling the rotation of the vehicle, a signal proportional to (14) must be added to the control signal of the corresponding electric drive 9, defined by expression (7) 8.
Для этого используется зависимость коэффициента буксования, выраженная в виде характеристики бортовых нелинейных элементов 13 (фиг.1), построенная в функции достаточно просто контролируемого значения относительного окружного усилия φ=Рк/Gк, где Рк, Gк - абсолютные значения окружного усилия на колесе, приведенного к валу двигателя (нагрузка двигателя) и вертикальной нагрузки на ось колеса.For this, the dependence of the slipping coefficient is used, expressed as the characteristic of the onboard nonlinear elements 13 (Fig. 1), constructed as a function of a fairly simple controlled value of the relative circumferential force φ = Р к / G к , where Р к , G к - absolute values of the circumferential force on the wheel driven to the motor shaft (engine load) and the vertical load on the wheel axis.
Для определения относительного окружного усилия на колесе используется блок 11 контроля (фиг.1). Сигнал на его первом входе пропорционален вертикальной нагрузке колеса, которая может быть измерена, например, по величине его вертикального перемещения и преобразована с помощью датчика 23 нагрузки колеса в электрический сигнал, поступающий на вход делителя второго элемента 22 деления. Поскольку на входе делимого этого элемента формируется с помощью датчика 23 нагрузки электропривода сигнал, пропорциональный нагрузке соответствующего тягового двигателя 26, измеряемой, например, по величине активной составляющей тока, то на выходе элемента 22 деления формируется их отношение, т. е. сигнал, пропорциональный величине относительного окружного усилия φi i-го колеса. Для выявления обобщенных значений окружного тягового усилия и буксования используются общие для одного борта бортовой сумматор 12, бортовой нелинейный элемент 13 и бортовой элемент 14 сравнения. Назначение бортового сумматора 12 состоит в суммировании и усреднении сигналов, поступающих на его входы с выходов всех блоков 11 контроля данного борта транспортного средства. Таким образом, на его выходе формируется сигнал, пропорциональный среднему значению относительного окружного усилия на колесах борта, т.е. пропорциональный обобщенному окружному усилию φo. Этот сигнал поступает на вход бортового нелинейного элемента 13, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный обобщенному коэффициенту буксования δo, поступающий на первый вход соответствующего бортового элемента 14 сравнения. На второй вход каждого элемента 14 сравнения поступает сигнал с выхода общего источника 15 опорного сигнала, пропорциональный единичному значению коэффициента буксования δo. Следовательно, на выходе бортового элемента 14 сравнения формируется сигнал, пропорциональный разности 1-δo, поступающий на третьи входы блоков 10 управления соответствующего борта, на первый вход каждого из которых поступает сигнал с выхода соответствующего блоха 11 контроля, пропорциональный относительному окружному усилию φi соответствующего колеса 8, на второй вход - сигнал с выхода соответствующего бортового сумматора 12, пропорциональный обобщенному значению относительного окружного усилия φo, на четвертый вход - сигнал с соответствующего выхода блока 5 формирования команд соответствующей оси, уровень которого пропорционален (7), т.е. требуемой скорости движения соответствующего колеса 8.To determine the relative circumferential force on the wheel, a control unit 11 is used (Fig. 1). The signal at its first input is proportional to the vertical load of the wheel, which can be measured, for example, by the value of its vertical movement and converted using the wheel load sensor 23 into an electrical signal fed to the input of the divider of the second division element 22. Since a signal proportional to the load of the corresponding traction motor 26, measured, for example, by the value of the active component of the current, is formed at the input of the dividend of this element using the sensor 23 of the electric drive load, their ratio is formed at the output of the division element 22, i.e., a signal proportional to relative circumferential force φ i of the i-th wheel. To identify the generalized values of the circumferential tractive effort and slipping, the onboard totalizer 12, the onboard nonlinear element 13 and the onboard comparison element 14, common for one side, are used. The purpose of the on-board adder 12 is to summarize and average the signals arriving at its inputs from the outputs of all control units 11 of a given board of the vehicle. Thus, a signal is generated at its output that is proportional to the average value of the relative circumferential force on the bead wheels, i.e. proportional to the generalized circumferential force φ o . This signal is fed to the input of the on-board non-linear element 13, the output of which forms a signal proportional to the general slipping coefficient δ o , which is fed to the first input of the corresponding on-board comparison element 14. The second input of each comparison element 14 receives a signal from the output of a common reference signal source 15 proportional to a unit value of the slipping coefficient δ o . Therefore, at the output of the on-board comparison element 14, a signal is generated proportional to the difference 1-δ o supplied to the third inputs of the control units 10 of the corresponding side, the first input of each of which receives a signal from the output of the corresponding control flea 11 proportional to the relative circumferential force φ i of the corresponding wheels 8, to the second input, the signal from the output of the corresponding on-board adder 12, proportional to the generalized value of the relative circumferential force φ o , to the fourth input, the signal with the corresponding output of the unit 5 of the formation of commands of the corresponding axis, the level of which is proportional to (7), the required speed of the corresponding wheel 8.
Сигналы, пропорциональные φi и φo с первого и второго входов каждого блока 10 управления поступают соответственно на первые входы функционального преобразователя 21 и элемента 16 сравнения. Назначение этих элементов состоит в определении ожидаемого отклонения буксования Δδi данного колеса от обобщенного значения δo. Для этого характеристика функционального преобразователя 21 представлена в виде зависимости производной обобщенного коэффициента буксования по относительному окружному усилию, получаемой из (2) графическим дифференцированием с учетом зависимости Ψo = φo(1-δo). Она отражает изменение отклонения коэффициента буксования Δδi данного колеса от обобщенного значения δo как в функции φo, так и отклонения относительного окружного усилия данного колеса от обобщенного окружного усилия, Δφi = φo-φi. Сигнал, пропорциональный Δφi, формируется на выходе первого элемента 16 сравнения и поступает на второй вход функционального преобразователя 21, на выходе которого формируется, таким образом, сигнал, пропорциональный Δδi, поступающий на вход делимого первого элемента 18 деления, на вход делителя которого поступает сигнал с выхода второго элемента 17 сравнения. Назначение второго элемента 17 сравнения состоит в определении величины, пропорциональной расчетному значению буксования соответствующего колеса. Для этого на первый вход второго элемента 17 сравнения поступает сигнал, пропорциональный Δδi с выхода функционального преобразователя 21, а на второй вход, подключенный к третьему входу блока 10 управления, - сигнал, пропорциональный (1-δo). Следовательно, на выходе второго элемента 17 сравнения формируется сигнал, пропорциональный значению (1-δo-Δδi) = (1-δi), поступающий на вход делителя первого элемента 18 деления, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный отношению Δδi/(1-δi), поступающий на первый вход первого перемножителя 19, второй вход которого подключен к четвертому входу блока 10 управления, на который поступает сигнал, пропорциональный Vqi. Таким образом, на выходе первого перемножителя 19 формируется сигнал, пропорциональный величине
ΔVqi = VqiΔδi/(1-δi), (15)
что совпадает с (14) и определяет величину требуемой корректирующей добавки, вносимой в сигнал управления скоростью движения колеса при отклонении реального буксования (действительной скорости движения) от расчетного.Signals proportional to φ i and φ o from the first and second inputs of each control unit 10 are respectively supplied to the first inputs of the functional converter 21 and the comparison element 16. The purpose of these elements is to determine the expected deviation of slipping Δδ i of a given wheel from the generalized value of δ o . For this, the characteristic of functional converter 21 is presented in the form of a dependence of the derivative of the generalized slipping coefficient with respect to the relative circumferential force obtained from (2) by graphical differentiation taking into account the dependence Ψ o = φ o (1-δ o ). It reflects the change in the deviation of the slipping coefficient Δδ i of a given wheel from the generalized value δ o both in the function φ o and the deviation of the relative circumferential force of a given wheel from the generalized circumferential force, Δφ i = φ o -φ i . A signal proportional to Δφ i is generated at the output of the first comparison element 16 and is fed to the second input of the functional converter 21, the output of which is thus generated, a signal proportional to Δδ i supplied to the input of the divisible first division element 18, to the input of the divider of which a signal from the output of the second element 17 comparison. The purpose of the second comparison element 17 is to determine a value proportional to the calculated value of the slipping of the corresponding wheel. To this end, a signal proportional to Δδ i from the output of the functional converter 21 is supplied to the first input of the second comparison element 17, and a signal proportional to (1-δ o ) is supplied to the second input connected to the third input of the control unit 10. Therefore, at the output of the second comparison element 17, a signal is generated proportional to the value (1-δ o -Δδ i ) = (1-δ i ), which is fed to the input of the divider of the first division element 18, the output of which is a signal proportional to the ratio Δδ i / (1-δ i ) supplied to the first input of the first multiplier 19, the second input of which is connected to the fourth input of the control unit 10, which receives a signal proportional to V qi . Thus, at the output of the first multiplier 19, a signal is generated proportional to
ΔV qi = V qi Δδ i / (1-δ i ), (15)
which coincides with (14) and determines the value of the required corrective additive introduced into the wheel speed control signal when the real skidding (actual speed) deviates from the calculated one.
Поскольку при работе устройства величины Δδi и Δφi изменяются в процессе управления, для установления необходимого по уровню значения корректирующего сигнала, поступающего с выхода блока 10 управления на второй вход соответствующего электропривода 9, используется интегратор 20, осуществляющий интегрирование выходного сигнала первого перемножителя 19 и формирующий выходной сигнал каждого блока 10 управления. Выбор постоянной времени интегрирования интегратора 20 осуществляется из условия достижения выходным сигналом значения, равного входному в конце интервала управления (коррекции).Since when the device is operating, the values Δδ i and Δφ i change during the control process, to establish the necessary level of the value of the correction signal from the output of the control unit 10 to the second input of the corresponding electric drive 9, an integrator 20 is used that integrates the output signal of the first multiplier 19 and generates the output of each control unit 10. The integration time constant of the integrator 20 is selected from the condition that the output signal reaches a value equal to the input at the end of the control interval (correction).
Пусть U1 - сигнал на выходе интегратора 20, a Uo - сигнал на его входе, пропорциональный (15), причем изменение Δδi во времени носит линейный характер с коэффициентом пропорциональности k. Тогда
где tp - время регулирования, т.е. время, по истечении которого значение Δδi достигнет нулевого значения. Следовательно, tp=1/k=(4-5)Tэм, где Тэм - электромеханическая постоянная времени соответствующего электропривода 9.Let U 1 be the signal at the output of the integrator 20, and U o be the signal at its input proportional to (15), and the change in Δδ i in time is linear with a proportionality coefficient k. Then
where t p is the regulation time, i.e. time after which the value Δδ i reaches a zero value. Therefore, t p = 1 / k = (4-5) T em , where T em is the electromechanical time constant of the corresponding electric drive 9.
Тогда (16) можно записать в виде
U1=(2-2.5)UоТэм/Ти.Then (16) can be written as
U 1 = (2-2.5) U about T em / T and .
Если Ти= (2-2.5)Тэм, то U1=Uo, и, следовательно, при достижении Δδi нулевого значения сигнал на выходе интегратора будет соответствовать требуемому значению и, поступая на второй вход соответствующего электропривода 9, будет обеспечивать требуемую коррекцию сигнала, поступающего на его первый вход с соответствующего выхода блока 5 формирования команд и пропорционального заданной скорости движения колеса, определяемый в соответствии с (7). Эти сигналы поступают на соответствующие входы сумматора 27, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине Vqi(1+Δδi/(1-δi)), через регулятор 25, изменяющий частоту вращения соответствующего электродвигателя 26 и, следовательно, соединенного с ним колеса 8. Изменение частоты вращения колеса 8 приводит, в первую очередь, к изменению его проскальзывания относительно опорной поверхности, т.е. к изменению буксования и реализуемого тягового усилия. Это в свою очередь приводит к изменению скорости движения колеса и транспортного средства при соответствующем условиям взаимодействия колес 8 с опорной поверхностью перераспределении нагрузок электроприводов 9, что является характерной особенностью совместной работы электроприводов 9 в составе многоколесного полноприводного транспортного средства. Пусть некоторые различающиеся условия взаимодействия колеса с опорной поверхностью отображаются кривыми 1 и 2 изменения коэффициента буксования δ, приведенными на фиг.3 в первом квадранте в функции относительной силы тяги Ψ. Там же приведены соответствующие кривые V1 и V2 изменения действительных скоростей движения. В третьем квадранте фиг.3 приведены зависимости коэффициента буксования от относительного окружного усилия на колесе в виде кривых δ1 и δ2, индексы которых соответствуют номерам кривых в первом квадранте. В четвертом квадранте представлены кривые взаимосвязи f1 и f2, устанавливающие зависимости относительных окружных усилий колеса и реализуемых значений относительной силы тяги при соответствующих кривым 1 или 2 условиях взаимодействия колеса с опорной поверхностью.If T and = (2-2.5) T em , then U 1 = U o , and therefore, when Δδ i reaches zero, the signal at the output of the integrator will correspond to the required value and, entering the second input of the corresponding electric drive 9, will provide the required the correction of the signal arriving at its first input from the corresponding output of the command generation unit 5 and proportional to the predetermined speed of the wheel, determined in accordance with (7). These signals are fed to the corresponding inputs of the adder 27, the output of which forms a signal proportional to the value of V qi (1 + Δδ i / (1-δ i )), through the controller 25, which changes the speed of the corresponding motor 26 and, therefore, connected to it wheels 8. The change in the frequency of rotation of the wheel 8 leads, first of all, to a change in its slippage relative to the supporting surface, i.e. to a change in slipping and traction. This, in turn, leads to a change in the speed of movement of the wheel and the vehicle under the appropriate conditions for the interaction of the wheels 8 with the supporting surface of the redistribution of loads of the electric drives 9, which is a characteristic feature of the joint operation of the electric drives 9 as part of a multi-wheel all-wheel drive vehicle. Let some differing conditions for the interaction of the wheel with the supporting surface be displayed by the
Пусть далее, кривая 1 отображает соответствующее реальным условиям взаимодействие колес транспортного средства с опорной поверхностью изменения коэффициента буксования от относительной силы тяги, а зависимость δ1 является характеристикой бортовых нелинейных элементов 13. Значение относительной силы тяги для некоторых условий эксплуатации соответствует значению Ψo, и на выходе бортовых сумматоров 12 формируется сигнал, пропорциональный φo. При этом каждое колесо и соответствующий борт транспортного средства движется с относительной действительной скоростью VdB при заданной относительной скорости Vq0=l.Suppose further that
Если в процессе поворота происходит изменение свойств для одного, например, первого колеса 8, отображаемое теперь кривой 2, то в силу невозможности резкого изменения действительной скорости движения, ее относительное значение остается первоначально неизменным и равным VdB1(2). Следовательно, равны и буксования колес борта, число которых, для примера, равно 2, что в соответствии с приведенными на фиг.3 кривыми соответствует увеличению относительной силы тяги первого колеса и нагрузки соответствующего электропривода (точка φ1 на фиг.3).If in the process of rotation there is a change in properties for one, for example, the first wheel 8, now displayed by
Это увеличение нагрузки вызовет соответствующее увеличение выходного сигнала, соответствующего блока 11 контроля и, следовательно, увеличение выходного сигнала соответствующих бортового сумматора 12 и бортового нелинейного элемента 13 (точки φ01 и δ01 на фиг.3). Поскольку результирующее окружное усилие борта увеличилось на величину Δφ0 = φ01-φ0, скорость движения VdB1(2) соответствующего борта начнет возрастать. Поэтому при отсутствии коррекции и повороте влево движение будет характеризоваться излишней, а при повороте вправо - недостаточной поворачиваемостью.This increase in load will cause a corresponding increase in the output signal corresponding to the control unit 11 and, consequently, an increase in the output signal of the corresponding on-board adder 12 and on-board non-linear element 13 (points φ 01 and δ 01 in FIG. 3). Since the resulting circumferential bead force increased by Δφ 0 = φ 01 -φ 0 , the speed V dB1 (2) of the corresponding bead will begin to increase. Therefore, in the absence of correction and turning to the left, the movement will be characterized by excessive, and when turning to the right - insufficient understeer.
Для осуществления коррекции сигналы, пропорциональные φ1 и φ01, поступают на первый и второй входы соответствующего блока 10 управления. При этом для первого колеса правого борта на выходе соответствующего блока 10 управления будет формироваться сигнал, пропорциональный положительному значению Δδ1/(1-δ1), а на выходах других блоков 10 управления электроприводами 9 колес этого борта - отрицательные сигналы, пропорциональные Δδ2/(1-δ2), поскольку φ01<φ0. В соответствии с изложенным ранее функционированием блока 10 управления и электропривода 9 это приводит в конце процесса управления к уменьшению заданной скорости Vq1 первого колеса 8 транспортного средства и возрастанию заданной скорости Vq2 остальных колес 8 правого борта на величину, пропорциональную значению (15). Следовательно, происходит встречно направленное изменение буксований (направление изменения соответствующих коэффициентов буксования
показано на фиг.3 стрелками) и окружных усилий φ0 и φ1 величине φ01. При отсутствии в блоке 10 управления интегратора 20 и запоминании первоначального уровня корректирующего сигнала управление приводит к такому перераспределению нагрузок, при котором колесо, нагружаемое в соответствии с кривой 2, оказывается недогруженным (точки 
shown in Fig. 3 by arrows) and circumferential forces φ 0 and φ 1 to the value φ 01 . If there is no integrator 20 in the control unit 10 and the initial level of the correction signal is stored, the control leads to such a redistribution of loads, in which the wheel loaded in accordance with
Очевидно, что рассмотрение случая отклонения реальных условий взаимодействия колеса с опорной поверхностью в другом направлении соответствует тому, что в качестве типовой выбирается кривая 2 и соответствующая ей зависимость δ2 для характеристики бортового нелинейного элемента 13. Это приводит к изменению знаков отклонений Δδ (так как начальными являются точки φ1 и φ1, а не φ0 и φ0, как это было раньше), не влияет на алгоритм функционирования блока 10 управления и достигаемые результаты коррекции.Obviously, the consideration of the case of deviation of the real conditions of interaction of the wheel with the supporting surface in the other direction corresponds to the fact that
Таким образом, изменение (коррекция) заданий скорости движения колес в зависимости от наиболее вероятных (типовых) условий их взаимодействия с опорной поверхностью стабилизирует нагрузку электроприводов 9 борта и его скорость движения. Thus, the change (correction) of the tasks of the speed of the wheels depending on the most probable (typical) conditions of their interaction with the supporting surface stabilizes the load of the electric drives 9 and its speed.
Пусть далее, характеристика нелинейного элемента 13 соответствует реальным условиям движения и при повороте колеса борта проезжают неровности, любая ив которых может быть представлена различным чередованием участков положительного (подъем) и отрицательного (спуск) наклонов опорной поверхности. При наезде на участок с положительным наклоном нагрузка соответствующего электропривода 9 возрастает, но одновременно с этим возрастает нагрузка колеса, поскольку оно перемещается вверх. Следовательно, функционирование блока 10 управления зависит в данном случае от изменения сигнала на выходе блока 11 контроля, пропорционального отношению нагрузки электропривода 9 к нагрузке соответствующего колеса 8. Если это отношение постоянно и не изменяется в процессе движения, то изменение заданий скорости электроприводов борта не происходит. Suppose further that the characteristic of the non-linear element 13 corresponds to the real conditions of movement and when turning the bead wheel, irregularities pass through, any of which can be represented by different alternations of the positive (rise) and negative (lower) slopes of the support surface. When hitting a site with a positive slope, the load of the corresponding electric drive 9 increases, but at the same time the wheel load increases, as it moves up. Therefore, the functioning of the control unit 10 depends in this case on a change in the signal at the output of the control unit 11, which is proportional to the ratio of the load of the electric drive 9 to the load of the corresponding wheel 8. If this ratio is constant and does not change during movement, then changes in the speed reference of the onboard electric drives do not occur.
Если окружное усилие на колесе изменяется интенсивнее нагрузки колеса, то на выходе блока 11 контроля формируется сигнал увеличения φ1, соответствующий увеличению буксования данного колеса, что приведет к перераспределению нагрузок, аналогично рассмотренному ранее при неизменности скорости движения борта, т. е. без влияния на маневренность транспортного средства.If the circumferential force on the wheel changes more intensively than the load of the wheel, then at the output of the control unit 11 a signal of increase of φ 1 is generated, which corresponds to an increase in slipping of this wheel, which will lead to a redistribution of loads, similar to that previously considered when the bead speed remains unchanged, i.e., without affecting vehicle maneuverability.
Если отношение окружного усилия колеса к его нагрузке приведет к уменьшению сигнала на выходе блока 11 контроля, то характер перераспределения нагрузок изменится из-за изменения знака Δδi, но, как и в рассмотренных ранее случаях, изменения действительной скорости движения борта не произойдет.If the ratio of the circumferential force of the wheel to its load will lead to a decrease in the signal at the output of the control unit 11, then the nature of the redistribution of loads will change due to a change in the sign of Δδ i , but, as in the cases considered above, the actual speed of the bead will not change.
Таким образом, во всех случаях управления криволинейным движением транспортного средства обеспечивается постоянство действительных скоростей бортов, что обеспечивает повышение (до уровня стабилизации) маневренности транспортного средства при работе в тяговом режиме в тяжелых грунтовых условиях. Thus, in all cases of controlling the curvilinear movement of the vehicle, the constant speeds of the sides are ensured, which ensures an increase (up to the level of stabilization) of the vehicle’s maneuverability when operating in traction mode in difficult ground conditions.
При создании устройства использованы известные из уровня техники блоки:
- общий задатчик радиуса поворота транспортного средства - Петленко Б.И. , Волков В.Д. Электронные системы управления большегрузных автотранспортных средств / Учебное пособие. М.: МАДИ, 1989 - 74 с. - с.15;
- общий задатчик скорости движения транспортного средства - Авторское свидетельство СССР N 1062048, МКИ В 60 L 15/20, 1983;
- задатчик радиуса поворота оси - там же;
- задатчик скорости движения оси - там же;
- блок формирования команд - Петленко Б.И., Волков В.Д. Электронные системы управления большегрузных автотранспортных средств / Учебное пособие. М.: МАДИ, 1989 - 74 с. - с.16;
- блок определения углов поворота - там же с.16;
- исполнительные механизмы поворота - там же с.14;
- бортовой сумматор - Кващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. - с.82;
- бортовой нелинейный элемент Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление электроприводом М.: Энергия, 1974 - 328 с. - с.62;
- бортовой элемент сравнения - Автоматизация производства и промышленная электроника / Под ред. Берга А.И., Трапезникова В.А. в 4-х тт. - Т3. - М.: Советская энциклопедия, 1964. - 487 с. - с.402;
- источник опорного напряжения - Микросхемы и их применение: Справочное пособие /Батушев В.А. - М.: Радио и связь, 1985. - 272 с. - с.78;
- элемент сравнения - Автоматизация производства и промышленная электроника /Под ред. Берга А.И., Трапезникова В.А. в 4-х тт. - Т3. - М.: Советская энциклопедия, 1964. - 487 с. - с.402;
- элемент деления - Кириллов В.В., Моисеев B.C. Аналоговое моделирование динамических систем Л.: Машиностроение, 1977 - 288 с. - с.26;
- перемножитель - Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. - с.90;
- интегратор - Кириллов В. В., Моисеев B.C. Аналоговое моделирование динамических систем Л.: Машиностроение, 1977 - 288 с. - с.26;
- функциональный преобразователь Александров В.Н. Практика проектирования нелинейных систем управления методом фазовой плоскости М.: Энергия, 1973 - 144 с. - с.14;
- датчик нагрузки электропривода - Кривицкий С.О., Эпштейн И.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами М.: Энергия, 1970 - 152 с. - с.96;
- датчик нагрузки колеса Бабиков М.А., Косинский А.В. Элементы и устройства автоматики М.: Высшая школа, 1975, - 464 с. - с.69;
- регулятор - Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода М.: Энергоиздат, 1981 - 576 с. - с.465;
- электродвигатель, там же с.32;
- сумматор - Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. - с.82;
- нелинейный элемент - Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование: Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1973, - 606 с. -с.100.When creating the device used the known from the prior art blocks:
- general adjuster of the radius of rotation of the vehicle - B. Petlenko Volkov V.D. Electronic control systems for heavy vehicles / Textbook. M .: MADI, 1989 - 74 p. - p.15;
- general speed controller of the vehicle’s speed - USSR Author's Certificate N 1062048, MKI B 60 L 15/20, 1983;
- adjuster of radius of rotation of the axis - in the same place;
- axis speed adjuster - in the same place;
- unit for the formation of teams - Petlenko B.I., Volkov V.D. Electronic control systems for heavy vehicles / Textbook. M .: MADI, 1989 - 74 p. - p.16;
- unit for determining rotation angles - ibid. p.16;
- executive mechanisms of rotation - in the same place p.14;
- onboard adder - Kvashchenko N.N. Automatic regulation: Theory and elements of systems. M .: Engineering, 1973, - 606 p. - p. 82;
- onboard non-linear element Sandler A.S., Sarbatov R.S. Automatic frequency control of an electric drive M .: Energy, 1974 - 328 s. - p. 62;
- On-board comparison element - Automation of production and industrial electronics / Ed. Berga A.I., Trapeznikova V.A. in 4 vols. - T3. - M.: Soviet Encyclopedia, 1964 .-- 487 p. - p. 402;
- voltage reference source - Microcircuits and their application: Reference manual / Batushev V.A. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 272 p. - p. 78;
- element of comparison - Automation of production and industrial electronics / Ed. Berga A.I., Trapeznikova V.A. in 4 vols. - T3. - M.: Soviet Encyclopedia, 1964 .-- 487 p. - p. 402;
- element of division - Kirillov VV, Moiseev BC Analog modeling of dynamic systems L .: Mashinostroenie, 1977 - 288 p. - p.26;
- multiplier - Ivashchenko N.N. Automatic regulation: Theory and elements of systems. M .: Engineering, 1973, - 606 p. - p.90;
- integrator - Kirillov V.V., Moiseev BC. Analog modeling of dynamic systems. L .: Mashinostroenie, 1977 - 288 p. - p.26;
- functional converter Alexandrov V.N. The practice of designing nonlinear control systems by the phase plane method M .: Energy, 1973 - 144 p. - p.14;
- load sensor of the electric drive - Krivitsky S.O., Epstein I.I. Dynamics of frequency-controlled electric drives with autonomous inverters M .: Energy, 1970 - 152 s. - p. 96;
- wheel load sensor Babikov M.A., Kosinsky A.V. Elements and devices of automation M .: Higher school, 1975, - 464 p. - p.69;
- Regulator - Chilikin M.G., Sandler A.S. General course of electric drive M .: Energoizdat, 1981 - 576 p. - p. 465;
- electric motor, ibid. p.32;
- adder - Ivashchenko N.N. Automatic regulation: Theory and elements of systems. M .: Engineering, 1973, - 606 p. - p. 82;
- non-linear element - Ivashchenko N.N. Automatic regulation: Theory and elements of systems. M .: Engineering, 1973, - 606 p. -s. 100.
Источники информации
1. Сергеев В.А. Корнилов П.Ю. Зарубежные транспортные средства для перевозки крупногабаритных тяжеловесных грузов. - М.: ЦНИИТЭИавтопром, 1988. - 46 с.Sources of information
1. Sergeev V.A. Kornilov P.Yu. Foreign vehicles for transportation of bulky heavy cargo. - M.: TSNIITEIavtoprom, 1988 .-- 46 p.
2. Авторское свидетельство СССР N 1062048, МКИ В 60 L 15/20, 1983. 2. USSR author's certificate N 1062048, MKI B 60 L 15/20, 1983.
3. Ульянов Н.А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин М.: Машиностроение, 1969. - 520 с. 3. Ulyanov N.A. Theory of self-propelled wheeled earthmoving vehicles M .: Mechanical Engineering, 1969. - 520 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102004/28A RU2187437C1 (en) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Vehicle steering device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102004/28A RU2187437C1 (en) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Vehicle steering device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2187437C1 true RU2187437C1 (en) | 2002-08-20 |
Family
ID=20245122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001102004/28A RU2187437C1 (en) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Vehicle steering device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2187437C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005101945A2 (en) * | 2003-04-02 | 2005-11-03 | Ian James Spark | Off road vehicle steering systems |
| WO2007096646A1 (en) * | 2006-02-25 | 2007-08-30 | Silicon Valley Group Plc | A control unit for a vehicle |
-
2001
- 2001-01-22 RU RU2001102004/28A patent/RU2187437C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005101945A2 (en) * | 2003-04-02 | 2005-11-03 | Ian James Spark | Off road vehicle steering systems |
| WO2005101945A3 (en) * | 2003-04-02 | 2006-05-11 | Ian James Spark | Off road vehicle steering systems |
| WO2007096646A1 (en) * | 2006-02-25 | 2007-08-30 | Silicon Valley Group Plc | A control unit for a vehicle |
| GB2449047A (en) * | 2006-02-25 | 2008-11-05 | Silicon Valley Group Plc | A control unit for a vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102107660B (en) | Motion control unit for vehicle based on jerk information | |
| Lucet et al. | Dynamic path tracking control of a vehicle on slippery terrain | |
| Pérez et al. | Cascade architecture for lateral control in autonomous vehicles | |
| Mokhiamar et al. | Active wheel steering and yaw moment control combination to maximize stability as well as vehicle responsiveness during quick lane change for active vehicle handling safety | |
| US10442310B1 (en) | Vehicle yaw and energy efficiency control apparatus to dynamically assign torque among independently powered drive wheels | |
| JPS6133746B2 (en) | ||
| CN109606466B (en) | Active steering control method for four-wheel independent drive electric vehicle | |
| CN111559379B (en) | Road friction coefficient estimation using steering system signals | |
| Han et al. | Model predictive control framework for improving vehicle cornering performance using handling characteristics | |
| Besselink | Computer controlled steering system for vehicles having two independently driven wheels | |
| WO2019138851A1 (en) | Driving assistance device, driving assistance method, and driving assistance system | |
| JPWO2019142607A1 (en) | Driving support device, driving support method and driving support system | |
| Lhomme-Desages et al. | Trajectory control of a four-wheel skid-steering vehicle over soft terrain using a physical interaction model | |
| CN115268450A (en) | Complex terrain trajectory tracking control method for six-wheel independently-driven independently-steering robot | |
| CN114148403B (en) | Multi-working-condition stability control method for wire-controlled steering system | |
| JP4613668B2 (en) | Vehicle behavior control apparatus and vehicle behavior control method | |
| RU2187437C1 (en) | Vehicle steering device | |
| Ishigami et al. | Slope traversal experiments with slip compensation control for lunar/planetary exploration rover | |
| Nhila et al. | Integration of lane keeping assistance with steering | |
| Goel | In Complete Control Simultaneous Path Speed and Sideslip Angle Control of a Drifting Automobile | |
| Dai et al. | Path planning and force control of a 4wd4ws vehicle | |
| Li et al. | Steering of 4WD vehicles with independent wheel torque control | |
| Amato et al. | Adaptive slip vectoring for speed and yaw-rate control in electric vehicles with four in-wheel motors | |
| JPH06286630A (en) | Road surface frictional coefficient estimating device | |
| Dai et al. | Online path tracking and motion optimization of a 4WS4WD vehicle |