Способ управления движением активного многозвенного транспортного средства и устройство для его осуществления

(19) (11) 1) 13 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЬ(ТИЙ ТОРСИО е свидетельство СССВ 62 1) 13/04, 1976 Р 653163 (прототи(54) СП ТИВНОГО СРЕДСТВ СТВЛЕНИ (57) 1. активно ЖЕНИЕМ АКСПОРТНОГО ЕГО ОСУЩЕ- движением анспортноСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВ МНОГОЗВЕННОГО ТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Способ управлен о многозвенного Яч )(71) Центральный нтельский институттрификации сельскочерноземной зоны С(прототип).2. Авторскокл. ВИДЕТЕПЬСТВУ А.И. Невероваучно-исследовамеханизации и элекго хозяйства НеССР(088,8)свидетельство СССР 1) 13/04, 1979 го средства, заключающийся в том,что управляемые колеса ведомогозвена поворачивают на угол в зависимости от изменения величин измеряемых параметров, характеризующих положение мгновенного центра скоростей, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения энергозатратпри повороте транспортного средстваи уменьшения бокового скольженияколес ведомого звена за счет точногосогласования кинематики поворота ведущего и ведомого звеньев, измеряютугол складывания звеньев.и тяговуюнагрузку в шарнире сочленения, определяющие продольное смещение мгновенного центра скоростей относительно положения, заданного в статике,и поворачивают управляемые колесаведомого звена на угол, при которомоси вращения этих колес проходят через мгновенный центр скоростей.где Х и дК 3. Устрспособа по 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что поворот управляемых колес ведомого звена осуществляют на угол поворота в соответствии с выражением3-хСо ДО.- 1где В и С- продольные расстояния от центра шарнира сочленения до осей соответственно заднего моста тягача и управляемых колес прицепа; соответственно продольное смещение мгновеннсго центра скоростейи приращение радиусаповорота от положения,заданного в статике; - постоянные коэффициенты;соответственно составляющая тяговой нагрузки, действующая в шарнире сочленения, иугол складывания;соответственно база иугол поворота управляемых колес тягача. ойство для осуществления пп, 1 и 2, содержащее Изобретение относится к системам управления многозвенными транспортными средствами, в частности к управлению мощных шарнирно сочлененных строительно-дорожных и специальных машин, а также сельскохозяйственных агрегатов.Наиболее важные задачи управления многозвенным транспортным средством заключаются в том, чтобы при повороте свести к минимуму тяговые и боковые силы в сцепке, предотвратить скольжение колес, а также связанное с ним складывание агрегата И увеличение энергозатрат, обеспечив при этом приемлемый радиус поворота.Обычно управление поворотом транспортных средств осуществляется так, чтобы в статике проекции осей вращения колес пересекались в одной точке. Если это условие не соблю дается, колеса ходовой системы катятся с боковым скольжением. При этом имеют место повышенные энергодатчик угла поворота колес ведущегозвена, датчик угла складывания ведущего и ведомого звеньев, а также механизм поворота управляемых колес ведомого звена, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено устройством, содержащим блоки заданияпостоянных коэффициентов, датчикизмерения угла .складывания, блокиумножения, сумматоры, блок заданиякоэффициента, равного единице, датчик тягового усилия, блок деления и датчик измерения угла поворота управляемых колес ведущего звена, причеммеханизм поворота связан с блоком умножения, выходы которого соединены с блоком. задания постоянных коэффициентов, датчиком измерения углаповорота управляемых колес ведущего звена и блоком деления, а входы блока деления связаны с выходами сумматоров, входы которых соединены с выходами блоков умножения и блоком задания коэффициента, равного единице, входы блоков умножения связаныс выходами датчика тягового усилияи одного из них-с выходом сумматора,а другого - с выходами блока задания постоянных коэффициентов и датчика измерения угла складывания,а входы последнего сумматора связаны с выходами блока задания постоянных коэффициентов и блока умножения, соответствующие входы которогосвязаны с выходами датчика измеренияугла складывания и блока заданияпостоянных коэффициентов,2затраты. При повороте с тяговойнагрузкой избежать бокового скольжения колес невозможно, Это приводит к большому смещению мгновенногоцентра скоростей от положения, заданного в статике. Эту особенность кинематики поворота транспортныхсредств с тяговой нагрузкой не учитывают известные способы и устройствадля управления движением.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способ управления движением активного многозвенного транспортного средства,заключающийся в том, что управляемыеколеса ведомого звена поворачиваютна угол в зависимости от изменениявеличин измеряемых параметров, характеризующих положение мгновенногоцентра скоростей 11,Недостатком известного способауправления движением является то,что он неприменим для короткобаэныхтягачей и сочлененных с ними прицепов с активными колесами, у которыхуглы складывания большие. При такомспособе управления в процессе поворота мгновенный центр скоростей мо-.жет занимать произвольное положение, 5Произвольно изменяется при этом также соотношение радиусов поворота колес тягача и прицепа,а следовательно, их буксование и касательныесилы тяги, а колеса транспортного 10средства могут катится с боковымскольжением. Управление движениемв соответствии с этим способом приблокированном межосевом приводе может привести к появлению на колесахотстающего моста отрицательных касательных сил тяги, а при дифференциальном - к резкому изменению последних и последующей пробуксовке колес одного моста и остановке транспортного средства, При повороте стяговой нагрузкой, когда великиуглы увода колес тягача и прицепа,данный способ управления движениемне позволяет получить совпадениятраекторий движения их колес,Известно устройство для осуществления способа, содержащее датчикугла поворота колес ведущего звена,датчик угла складывания ведущегои ведомого звеньев, а также меха- З 0низм поворота управляемых колес ведомого звена 2,Недостатком известного устройства является то, что поворот транс-портного средства происходит с боковым, а при блокированном межосевомприводе и с продольным скольжениемколес. Кроме тогО, устройство некорректирует кинематику поворота приизменении тяговой нагрузки. 40целью изобретения является снижение энергозатрат при повороте сочлененного транспортного средствас.тяговой нагрузкой, уменьшениебокового скольжения колес прицепа 45за счет точного согласования кинематики поворота ведущего и ведомогозвеньев,Указанная цель достигается тем, что согласно способу управления движением активного многозвенного транспортного средства, заключающемуся в том, что управляемые колеса ведомого звена поворачивают на угол в зависимости от изменения величин 55 измеряемых параметров, характеризующих положение мгновенного центра скоростей, измеряют угол складывания звеньев и тяговую нагрузку в шарни" ре сочленения, определяющие продоль ное смещение мгновенного центра скоростей относительно положения, заданного в статике, и поворачивают управляемые колеса ведомого звена на угол, при котором оси вращения 65 этих колес проходят через мгновенный центр скоростей.Причем поворот управляемых колес ведомого звена осуществляют на угол поворота в соответствии с выражениемЭ-Х."з=,где Эи 1 - продольные расстояния отцентра шарнира сочленения до осейсоответственно заднего моста тягачаи управляемых колес прицепак=а-о 1 рай.-й аР. ; .о 1,сагде х и Ь К - соответственно про-дольное смещение мгновенного. центра скоростей и приращение радиуса поворота от положения, заданного в статике;б,а,а - постоянные коэффициенты;Р и у - соответственно тяговаянагрузка, действующаяв шарнире сочленения,и угол складывания;С и- соответственно база иугол поворота управляемых колес ведущего звена.Устройство для реализации предлагаемого способа управления, содержащее датчик угла поворота колесведущего звена, датчик угла складывания ведущего и ведомого звеньев,а также механизм поворота управляемых колес ведомого звена, снабженоустройством, содержащим блоки задания постоянных коэффициентов, датчик измерения угла складывания,блоки умножения, сумматоры, блокзадания коэффициента, равного единице, датчик тягового усилия, блокделения и датчик измерения углаповорота управляемых колес ведущего звена, причем механизм поворотасвязан .с блоком умножения, выходыкоторого соединены с блоком зада"ния постоянных коэффициентов, датчиком измерения угла поворота управляемых колес ведущего звена иблоком деления, а входы блока деления связаны с выходами сумматороввходы которых соединены с выходамиблоков умножения и блоком заданиякоэффициента, равного единице, входы блоков умножения связаны с выходами датчика тягового усилия и одного из них - с выходом сумматора,а другого - с выходами блока задания постоянных коэффициентов идатчика измерения угла складывания, 1094790а входы последнего сумматора связаны с выходами блока задания постоянных коэффициентов и блока умножения соответствующие входы которого связаны с выходами датчика измерения угла складывания и блока задания 5 постоянных коэффициентов.На фкг. 1 изображены зависимости продольного смещения мгновенного центра скоростей и угла складывания сочлененного транспортного 10 агрегата от тяговой нагрузки в сцепном устройстве; на фиг. 2 - кинематическая схема поворота сочлененного транспортного средства; на фкг. 3 - блок-схема устройства для 15 управления движением в соответствии с предложенным способом управления.Экспериментальная проверка предложенной гипотезы поворачиваемости выполнена с помощью двухосной мобильной установки с колесами 11/ 10 - 28 массой 5,5 т, базой 2,4 м и колеей 2 м, Б межосевом приводе устанавливали либо раздаточную коробку со ступенчато регулируемым кинематическкм несоответствием в приводе25 мостов, либо межосевой дифференциал. В процессе экспериментов изменяли также распределение массы по мостам от доли ее Л = 0,6 на передний мост до Л = 0,4 к углы поворота переднихок задних колес до 30 , Поворот осуществлялк таким образом, чтобы колеса. тормозной установки, создающей тяговую нагрузку, двкгалксь по следу мобильной установки, Такой 35 способ организацкк поворота наиболее предпо тктелен для сочлененного транспортного средства, которое моделкровалк в процессе экспериментов, 40 Результаты эткх экспериментовчастично приведенные на Фиг. 1 длямобильной установки с межосевым дифФеренцкальньгл приводом Л = 0,6 ипередними управляемыми колесамио(угол псворота внешнего колеса о =20)внутреннего д. 24 "), показь 1 вают,что при Л = 0,4-0,6 с увеличениемтяговой нагрузки Р растет продольное смещение центра скоростей,50достигая при Р : 15 кН значенийХ2,0 м, близких к длине базыустановки, Смещение Х особенно велико, если нагрузка на задний мосттягача мала, Увеличивается также 55радиус поворота мобильной установкис К = 6,23 и при Р = 0 к до К7,16 м при Р = 13,86 кН. Так какс увеличением тяговой нагрузки мгновенный центр скоростей смещался назад, водитель тормозной установки,ведя ее по следу тягача (мобильнойустановки), уменьшает угол складывания("с 20" прк Р = 4 кН до д = 8при Р = 13,86 кН,При заданной тяговой нагрузке с уменьшением углапродольное смещение мгновенного центра скоростей растет (см. штриховые линии), Объясняется это тем, что поперечная составляющая тяговой нагрузки, действующей в шарнире сочленения к центру скоростей поворота, создает момент вызывающий поворот корпуса тягачаи продольное смещение центра скоростей вперед по ходу движения, Поперечная составляющая 0 ьь у , действующая в противоположном направлении, вызывает противоположные углы увода и смещение центра скоростей назад по ходу движения. Боковые реакции, действующие в контакте колес с почвой вызывают их боковой увод. Если на заднем колесе тягача боковая реакция на)равлена к центру, то мгновенный центр скоростей смещается вперед, а если в противоположную сторону, то назад. Результирующее соотношение углов бокового увода и поворот контактного отпечатка определяют, таким образом, положение мгновенного центра скоростей. Это соотношение зависит от параметров ходовой системы транспортного средства и для каждого конкретного случая должно быть определено особо, Однако в целом эксперименты показывают, что с увеличением " и расстояниявследствие того, что растут отклоняющие моменты, увеличивается положительное продольное смешение Х в сторону передних колес, а с уменьшениеми ь растут по абсолютной величине отрицательные смещения К за задние колеса в сторону прицепа. Для исследованных ходовых систем зависимость М= (р у) может быть аппрокскмирована выражениемх=аР(л)а =о-агде а,и а - постоянные коэффициенты.Эксперименты показали, что с ростом тяговой нагрузки в шарнире сочленения до 0= 0,3 от веса тягача радиус поворота при передних управляемых колесах увеличивается в 1, 1-1,2 раза, а при задних - в 1,8-2,0 раза, Объясняется это тем, что у сочлененного транспортного средства с задними управляемыми колесами в силу особенностей кинематики поворота гораздо больше углы складывания, чем с передними управляемыми колесами тягача. Таким образом, приращение радиуса поворота является Функцией поперечной составляющей тяговой нагрузкибй=а йр ь у (Р)равного единнце, Выходной сигнал сумматора 13 поступает на один из входов активного делителя 14. Одновременно сигнал от блока .2 задания коэффициента поступает на вход блока 10 умножения, на два других 5 входа поступает сигнал от датчика 8 измерения тягового усилия Р и от датчика 5 измерения угла ф . Выходной сигнал блока 10 поступает на вход сумматора 12, на другой из вхо дов которого подается сигнал блока 11. задания коэффициента, равного едийице.чВыходной сигнал блока 12 посту пает на другой вход делителя 14, на выходе которого образуется сйгнал," Ф а 71 , Этот сигнал поа,Ру дается на один из входов блока 15 умножения, на два других входа которого поступают сигналы от блока 4 задания коэффициента Э/ и от датчи-, ка 1 б измерения угла поворота управляемых колес ведомого звена. На выходе блока 15 образуется сигналЭп-(а,-а т рравный , Эт" , который1 фарпоступает на привод 17 поворота управляемых колес прицепа, который и поворачивает эти колеса на соответствующий угол.Использование предложенного способа позволит уменьшить боковое скольжение колес прицепа и благодаря этому снизить энергозатраты на поворот, износ резины и повысить тягово-энергетические показатели транспортного средства.1094790Составитель В. Калмыков Редактор Т, Кугрышева Техред С.мигунова, Корректор С.Черни Заказ 3512/11 Тираж б 2 б Подписное ВНИИПИ ГосударствеНного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4