Устройство для моделирования динамики движения гусеничной машины

Союз СоветскикСоцналнстнческнкРеслублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл. 6 06 С 7/76 РЮВэрстееииык каеитет СССР в диан изевретеиий я втерыткй(088. 8) Дата опублнкованкя опнсання 30.06,82(4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ1Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах для обучения водителей гусеничных машин, исследовательских стендах.По основному авт,св. 11 883929 известно устройство для моделирования динамики движения гусеничных машин, содержащее блок моделирования двигателя, выход которого соединен с входом блока моделирования трансмиссии, первый блок моделирования гусеничного движителя, состоящего из сумматора, выход которого через делитель подключен к входу интегратора, первый и второй входы сумматора первого блока моделирования гусеничного движителя соединены соответственно с выходом блока моделирования трансмиссии и с первым выходом датчика вида грунта, первый функциональный преобразователь, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, два инвер" 2тора, второй функциональный преобразователь, первый блок воспроизведения нелинейности, второй сумматор и второй блок моделирования гусеничного движителя, вход сумматора которого соединен соответственнос выходом блока моделирования трансмиссии и вторым выходом датчика видагрунта, третий выход которого подключен к первым входам функциональных преобразователей, выход второго функционального преобразователясоединен с вторым входом первогосумматора, выход которого подключенк третьему входу сумматора второгоблока моделирования гусеничного дви"жителя и к входу первого инвертора,выход которого соединен с третьимвыходом сумматора первого блока мо делирования гусеничного движителя,выход которого через второй инвер. тор подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которогосоединен с выходом второго блока940186Составитель В. Фукалов Редактор В.Пилипенко Техред А. Ац Корректор Г. Реаетник Заказ 4670/72 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП Патент", г. УЬгород, ул. Проектная, 40106 4 3 94 моделирования гусеничного движителя, выход второго сумматора через первый блок воспроизведения нелинейности подключен к вторым входам функциональных преобразователей.Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает воэможности моделирования условий опрокидывания гусеничной машины. Определение этих условий необходимо при обучении водителей гусеничных машин на тренажерах, так как это позволит исключить аварии с тяжелыми по:ледствиями при вождении реальных машин. Кроме того, определение условий опрокидывания необходимо в процессе разработки машин так как устойчивость к опрокидыванию является одной из важнейших характеристик гусеничной машины.Цель изобретения - повышение точ. ности моделирования за счет определения условий опрокидывания гусеничной машины.Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования динамики движения гусеничной машины введены третий сумматор, блок деления блок выделения модуля напряжения, второй блок воспроизведения нелинейности и схема сравнения причем первый и второй входы третьего сумматора соответственно соединены с выходами первого и второго блоков моделирования гусеничного движителя, выход третьего сумматора подключен к первому входу схемы сравнения, выход которой является выходом устройства, и к первому входу блока деления, второй вход блока деления соединен с выходом второго сумматора, выход блока деления подключен к входу блока выделения модуля напряжения, выход которого соединен с входом второго бло ка воспроизведения нелинейности, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения.На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - зависимости, воспроизводимые первым блоком нелинейности и первым и вторым функциональными преобразователями; на фиг. 4 - блок моделирования двигателя; на фиг. 5 и 6 - зависимости, воспроизводимые соответственно первым и вторым блоками нелинейности, входящими в состав блоков моделиро 5 10 15 20 25 30 35 40 45 вания двигателя; на фиг, 7 - блок моделирования трансмиссии; на фиг.8- блок моделирования гусеничного движителя.Устройство моделирования динамики движения содержит блок 1 моделирования двигателя, блок 2 моделирования трансмиссии, первый инвертор 3, первый и второй блоки 4 и 5 моделирования гусеничного движителя, датчик 6 вида грунта, первый и второй сумматоры 7 и 8, второй инвертор 9, третий сумматор 10, первый и второй функциональные преобразователи 11 и 12, блок 13 деления, блок 14 выделения модуля напряжения, первый и второй блоки 15 и 16 воспроизведения нелинейности, схему 17 сравнения.Блок 1 моделирования двигателя содержит регулятор 18 подачи топлива, механически связанный с движком потенциометра 19, один вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, другой с источником постоянного напряжения, сумматора 20 первый блок 2 нелинейности и второй блок 22 нелинейности, усилитель 23, суммирующий интегратор 24.Блок 2 моделирования трансмиссии содержит коммутатор 25, интегратор 26, суммирующий переключатель 27, главный фрикцион 28, управляемый ограничитель 29, усилитель 30, коммутатор 31, суммирующие интеграторы 32-34, датчик 35 бортовых фрикционов, управляемые ограничители 36 и 37, датчик 38 бортовых фрикционов, усилители 39 и 40, датчик 41 тормоза поворота, мостовые выпрямители 42 и 43, датчик 44 тормоза поворота, суммирующие интеграторы 45 и 46.Блок 4 моделирования гусеничного движителя содержит последовательно соединенные суммирующие интеграторы 47 и 48, усилитель 49, мостовой выпрямитель 50, суммирующий интегратор 51, инвертор 52. Устройство работает следующим образом.Напряжение, пропорциональное оборотам вала двигателя и крутящему моменту, с блока 1 поступает на вход блока 2 моделирующего трансмиссию гусеничной машины. Формирование этого напряжения осуществляет в блоке 1 моделирования двигателя следующим образом.(3) 5Уравнение, которое описывает работу двигателя, имеет следующий вид где и - угловая скорость вращениявала двигателя;1 - момент инерции, приведенной к валу двигателя;И - крутящий момент, приложенный к валу двигателя;Ь - положение рейки топливного насоса;И. - момент сопротивления враще"Снию вала двигателя.Данное уравнение решается с помощью интегратора 24, на выходе которого формируется напряжение О, . С щжощью блока 22 нелинейности формируется зависимость О, как функция от 0 и 0,(фиг.6).Напряжение 0 , пропорциональное положению рейки топливного насоса, формируется с помощью блока 21 нелинейности (фиг.5). На вход блока 21 поступает напряжение О, которое определяет положение муфты регулятора, зависящее от напряжения, пропорционального положению педали топлива, которое снимается с движка потенциометра 19, управляемого педалью 18 подачи топлива.В устройстве условие одновременной передачи момента и оборотов осуществляет за счет того, что выходной интегратор 24 предыдущего блока является входным интегратором сле" дующего блока, т.е. блока 2 моделирования трансмиссии.На выходе блока 2 формируется напряжение, пропорциональное моменту и оборотам ведущего колеса, следующим образом.Система уравнений, описывающая работу трансмиссии, имеет следующий вид: дМее 1 а д 1)матг-ми), (1) ЭЬ(1 Мь-М)мдМи (6)с Щ Ц) )Ю Ег фф"где- угловая скорость вращениявыводного вала коробки передач;1 - момент инерции, приведен 1 Е ный к выводному валу коробки передач;И - момент упругих сил дейЮ- передаточное число коробкипередач;ы х - угловые скорости вращениялевого и правого ведущихЬхколес;- момент инерции, приведенный к каждому ведущему колесу со стороны трансмиссии и гусеничного движителя2 И И - моментц упругих сил, действующих в бортовых механиэмах поворота;МИт моменты упругих силф действующих в гусеничном дви 30 жителе,Уравнение (1) решается с помощьюсуммирующего интегратора 33, на входы которого поступает напряжение Оыс учетом коэффициента 1 с коммутатора31, напряжение Омс выхода усилителя 40 и напряжеййе Оь,р с выхода усилителя 41. На этом суммирующем интеграторе указанные напряженияскладываются и интегрируются, врезультате чего на выходе интегратора 33 формируется напряжения ОНапряжение Ояформируется следующим образом, На выходе суммирубщего интегратора 24, который яв"ляется общим для блоков моделирова"ния двигателя и трансмиссии, имеется напряжение О, пропорциональноеугловой скорости вала двигателя. Последнее поступает на коммутатор 25,при помощи которого происходит де"ление напряжения О на коэффициент,пропорциональный передаточному чис"лу коробки передач. НапряжениеОц 1 поступает на суммирующий интегратор 26, на другой вход кото 55рого поступает напряжение Р ,и нацаававыходе суммирующего интегратора 26появляется напряжение, т.е. реша-ется уравнение (.2) системы. Напря(8) жение Ц ,проходит через ограничитель 29 и поступает на усилитель 30при помощи которого оно преобразуется по знаку и величине.С ограничителем 29 моделируетсяработа главного фрикциона. На управляющие входы ограничителя 29 поступает разнополярное напряжение сдатчиков главного фрикциона 28, спомощью которого осуществляется ограничение напряжения по амплитуде,При положении датцика, соответст"вующему полностью выжатому главномуфрикциону ( движки потенциометра находятся в крайнем нижнем положении),напряжение на выходах датчика равнонулю, поэтому уровень ограничения равен нулю, а следовательно, и напряжение на выходе ограничителя 29 равно нулю, т.е. моделируется факт разрыва силовой цепи,Коммутаторы 25 и 31,служат дляпреобразования напряжений О, Ов соответствии с передатоцным числомкоробки передач. Управление коммутаторами осуществляется с помощьюдатчика 27 рычага переключения передачкоторый в простейшем случае представляет собой набор микровыключателей,каждый из которых подключает определенную цепь коммутаторов 25 и 31,соответствующую в установленной рычагом передачи,Напряжение О с выхода суммиЮеерующего интегратора 33 поступаетна вход суммирующего интегратора 32,на другой вход которого поступаетнапряжение О,с выхода суммирующего интегратора 46, в результатена выходе интегратора 32 появляетсянапряжение Ог, т.е. решается уравнение (4 ) системы. Далее это напряжение, проходя через ограничитель 36 и усилитель 39 поступает на входсуммирующего интегратора 45, на другой вход которого поступает напряжение Омт с мостового выпрямителя 42пропорциональное тормозному моменту М . Мостовой выпрямитель 42 служит для того, чтобы можно было моделировать торможение тормозом поворота независимо от полярности напряжния на выходе интегратора 45. Напряжение О, поступает на мостовойвьпрямитель с датчика 41 тормоза поворота. Таким образом,с помощьюинтегрирующего сумматора 45 решается уравнение (3 ) системы. 8Моделирование работы бортовогофрикциона осуществляется с помощьюограничителя 36 и датчика 35 бортового фрикциона точно также, каки в случае с главным Фрикционом.Работа бортового механизма другогоборта производится также, как идля первого борта.Интеграторы 46 и 47, как и в о предыдущих случаях, являются общимисоответственно для левого и правогогусеничных движителей, работа которых моделируется с помощью блоков 4и 5.Работа блоков 4, 5 например, правого, основана на решении системыдифференциальных уравнений д Вкгде Ч - скорость правого гусеничного движителя;г- радиус ведущего колеса;1 - момент инерции массы машины, приведенный к ведущему колесу;зе1 - суммарная податливость гусеничного движителя,Пример конкретного выполненияодного блока моделирования гусеничного движителя приведен на фиг.8,другой блок идентичен первому.35Напряжение О с выхода суммиЮбкрующего интегратора 47 поступает навход суммирующего интегратора 48,на другой вход которого поступаетнапряжение О , , на выходе этого ин 4 О11тегратора формируется напряжениеО , т.е. решается уравнение ( 2 )системы. Последнее проходит черезусилитель 49, с помощью которогоО преобразуется по знаку и веф 5 личине поступает на суммирующий интегратор 51, на другой вход которогочерез мостовой выпрямитель 50 и инвертор 52 подается напряжение О ,пропорциональное сопротивлению грун 5 в та при прямолинейном движении с датчика б вида грунта. Третий вход интегратора 51 служит для подключенияк нему напряжения, пропорционального моменту сопротивления повороту.55 Таким образом, на входе интегратора 51 появляется разность напряжений Оме- О которая затем интегрируется, в результате чего на вы86 10 9 9401 ходе интегратора 51 появляется напряжение, пропорциональное О, т.е, решается уравнение ( 1) системы.Таким образом, на выходе суммирующих интеграторов 46 и 47, а следовательно, и на выходах блоков 4 и 5 моделирования гусеничных движителей имеются напряжения О и Оч , величины которых определяются положением датчиков органов управления, 1 ф Если О = 0 , то движение будет прямолинейным, в любых других случаях движение будет криволинейным, В этом случае на третьи входы блоков 4 и 5 подаются напряжения О , 5 пропорциональные моменту, действующему на гусеничный движитель при повороте, причем знак этого напряжения за счет инвертора 3 будет различный для блоков 4 и 5 модели в рования гусеничного движителя. Это сделано для того,. цтобы при повороте гусеничной машины на забегающую гусеницу действовал тормозной, а на отстающую - раскручивающий момент.Формирование напряжения Оь 1 осуМсм ществляется следующим образом. С помощью инвертора и сумматора определяется напряжение, пропорциональное угловой скорости поворота гусеничной машины, т.е. решается за" висимость где,р - максимальный коэффициентиюлесопротивления поворота приК=В и зависящий от видагрунта;а - постоянный коэффициент;Й - радиус поворота,К - кривизна поворота,Эта зависимость при О пку =1 Фиг 2)реализуется с помощью блока 15 нелинейности.Напряжение, пропорциональное мо"менту сопротивления поворота И ,снфопределяется из выражения,Ооьсна с учетом различных видов грунтаэта зависимость будет иметь вид,йВИ =гОвоУказанная зависимостьфиг.3 ) решается с помощью функциональных пре" образователей 11, 12 и сумматора 8. Каждый функциональный преобразователь 11 и 12 формируетнапряжение, пропорциональное моменту сопротивления повороту, в зависимости от вида грунта, с разной полярностью, которая определяется напряжением поворота гусеничной машины. Определение условий опрокидывания осуществляется из нахождения критической скорости, при которой возникает опрокидывание. Значение критической скорости определяется из выражения35где и - угловая скорость поворотамашины;Чз - скорость забегающей гусеницыЧ 1 - скорость отстающей гусеницы) щВ - расстояние между гусеницами.При определении фактической кривизны траектории поворота принима" ется, что Ч + Ч 1= А-сопз 14Ча.ЧлЧфЧ Этогда, К: - , т.е, представляется1 Авозможным взять линейную зависимость щ между Оц и О,Зависимость коэффициента сопротивления,О от кривизны К, а следовательно, при указанном допущении и от ю имеет видфаад . феах мохсн 9-а), о+О-о)- а и-а)/ 63 67 ИкрСКРгде Ч - скорость центра машины, прискркоторой для данного критического радиуса наступает опрокидывание;Ь .- высота центра тяжести,Скорость центра мащинц равнаЧс= Чр.+Ч / 2Напряжение 01 определяется с помощью сумматора 7, на входы которого поступают напряжения Оч и Оч соответственно с блоков 4 и 5. Напряжение Оч поступает на вход блока 13 деления, на другой вход которого поступает напряжение Оц, с выхода сумматора 10, в результате на выходе блока 13 появляется напряжение, пропорциональное радиусу поворота машины, Однако это напряжение будет иметь различные знаки при по" вороте в разные стороны. Чтобы знак последнего не менялся, напряжение 0 пропускается через блок 14 выделения модуля, с выхода которого11 9 напряжениеОк(поступает на блок 16 нелинейности, который реализует функцию извлечения квадратного корня с учетом коэффициента К./Ь. В резуль%тате чего формируется напряжение 0, пропорциональное величине критической скорости, при которой при данном радиусе возникает опрокидывание. Последнее с помощью схемы 17 сравнения сравнивается с напряжением пропорциональным действительной скорости движения машины, и если это . напряжение ниже напряжения 0 , то на выходе схемы 17 сравнения напряжение равно нулю, если 0 ч0то напряжение на ее выходе прйнимает максимальное значение, что указывает на наличие опрокидывания. Таким образом, устройство при моделировании динамики движения позволяет определить условия,при которых возникает опрокидывание гусениц" ной машины. При использовании предлагаемого устройства в тренажере и фиксировании у обучаемых случаев, когда у них наступает "опрокидывание" с соответствующим пояснением причин, то управление реальными гусеничными машинами позволяет избежать аварий с очень тяжелыми последствиями. 018612Формула изобретенияУстройство для моделирования динамики движения гусеничной машины,по авт,св. У 883929, о т л и ч а ю% щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет определенияусловий опрокидывания гусеничной машины, содержит третий сумматор, блокделения, блок выделения модуля напря.а жения, второй блок воспроизведениянелинейности и схему сравнения, причем первый и второй входы третьегосумматора соответственно соединеныс выходами первого и второго блоковИ моделирования гусеничного движителя,выход третьего сумматора подключенк первому входу схемы сравнения ипервому входу блока деления, второйвход которого соединен с выходом втоца рого сумматора, выход блока деления через последовательно соединенные блок выделения модуля и функциональный преобразователь подключен квторому входу схемы сравнения, вы ход которой является выходом устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРН 883929, кл. О 06 О 7/70, 1979