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

 

1. Способ управления движением активного многозвенного транспортно ,1.0 го средства, заключающийся в том, что управляемые колеса ведомого звена поворачивают на угол в зависимости от изменения величин измеряемых параметров, характеризующих положение мгновенного центра скоростей , отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат при повороте транспортного средства и уменьшения бокового скольжения колес ведомого звена за счет точного согласования кинематики поворота ведущего и ведомого звеньев, измеряют угол складывания звеньев и тяговую нагрузку.в шарнире сочленения, определяющие продольное смещение мгновенного центра скоростей относитель-§ но положения, заданного в статике, (Л и поворачивают управляемые колеса ведомого звена на угол, при котором с оси вращения этих колес проходят через мгновенный центр скоростей. со 4 -Ч СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4790 А (19) (11) 3(51) В 62 D 13 02 ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЬ(ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ н двторсиомУ свиД ткльств (21) 3517328/27-11 (22) 01.12.82 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) Г.С. Горин и А.И. Неверов (71) Центральный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны СССР (53) 629.113.014.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 884444444433, кл. В 62 D 13/04, 1979 (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР

Р 653 163, кл. В 62 D 13/04, 1976 (прототип). (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АКТИВНОГО МНОГОЗВЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ управления движением активного многозвенного транспортноpilaf (9 гo TQM что управляемые колеса ведомого звена поворачивают на угол в зависимости от изменения величин измеряемых параметров, характеризующих положение мгновенного центра скоростей, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат при повороте транспортного средства и уменьшения бокового скольжения колес ведомого звена за счет точного согласования кинематики поворота ведущего и ведомого звеньев, измеряют угол складывания звеньев.и тяговую нагрузку в шарнире сочленения, определяющие продольное смещение мгновенного центра скоростей относитель- ® но положения, заданного в статике, и поворачивают управляемые колеса ведомого звена на угол, при котором оси вращения этих колес проходят че- С рез мгновенный центр скоростей.

1 и

1094790 где Х и лК о„,а r2,0l3

Р и

Си

3. Устр способа по

2. Способ поп. 1, отли ч а ю шийся тем, что поворот управляемых колес ведомого звена осуществляют на угол поворота в соответствии с выражением

3-х

OC о о= +/.„ где 5 и 4 „— продольные расстояния

cT центра шарнира сочленения до осей соответственно заднего моста тягача и управляемых колес прицепа; соответственно продольное смещение мгновеннсго центра скоростей и приращение радиуса поворота от положения, заданного в статике; — постоянные коэффициенты; соответственно составляющая тяговой нагрузки, действующая в шарнире сочленения, и угол складывания; соответственно база и угол 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- 20 дается, колеса ходовой системы катятся с боковым скольжением. При этом имеют место повышенные энергодатчик угла поворота колес ведущего звена, 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 задания постоянных коэффициентов, датчик измерения угла .складывания, блоки умножения, сумматоры, блок задания коэффициента, равного единице, датчик тягового усилия, блок деления и датчик измерения угла поворота управляемых колес ведущего звена, причем механизм поворота связан с блоком умножения, выходы которого соединены с блоком. задания постоянных коэффициентов, датчиком измерения угла поворота 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 связаны с выходами датчика тягового усилия и 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 которого связаны с выходами датчика измерения угла складывания и блока задания постоянных коэффициентов.

2 затраты. При повороте. с тяговой нагрузкой избежать бокового скольжения колес невозможно. Это приводит к большому смещению мгновенного центра скоростей от положения, заданного в статике. Эту особенность ки нематики поворота транспортных

I средств с тяговой нагрузкой не учитывают известные способы и устройства для управления движением.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления движением активного многозвенного транспортного средства, заключающийся в том, что управляемые колеса ведомого звена поворачивают на угол в зависимости от изменения величин измеряемых параметров, характеризующих положение мгновенного центра скоростей (11.

Недостатком известного способа управления движением является то, что он неприменим для короткобаэных

1094790 тягачей и сочлененных с ними прицепов с активными колесами, у которых углы складывания большие. При таком способе управления в процессе поворота мгновенный центр скоростей мо-. жет занимать произвольное положение. 5

Произвольно изменяется при этом также соотношение радиусов поворота колес тягача и прицепа, а следовательно, их буксование и касательные силы тяги, а колеса транспортного 10 средства могут катится с боковым скольжением. Управление движением в соответствии с этим способом при блокированном межосевом приводе может привести к появлению на колесах отстающего моста отрицательных касательных сил тяги, а при дифференциальном — к резкому изменению последних и последующей пробуксовке колес одного моста и остановке транспортного средства. При повороте с тяговой нагрузкой, когда велики углы увода колес тягача и прицепа, данный способ управления движением не позволяет получить совпадения траекторий движения их колес.

Известно устройство для осуществления способа, содержащее датчик угла поворота колес ведущего звена, датчик угла складывания ведущего и ведомого звеньев, а также механизм поворота управляемых колес ведомого звена (2).

Недостатком известного устройства является то, что поворот транс- портного средства происходит с бо- 35 ковым, а при блокированном межосевом приводе и с продольным скольжением колес. Кроме тогО, устройство не корректирует кинематику поворота при изменении тяговой нагрузки. 40 целью изобретения является снижение энергозатрат при повороте сочлененного транспортного средства с.тяговой нагрузкой, уменьшение бокового скольжения колес прицепа 45 за счет точного согласования кинематики поворота ведущего и ведомого звеньев.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу управления движением активного многозвенного транспортного средства, заключающемуся в roM, 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- 60 ное смещение мгновенного центра скоростей относительно положения, заданного в статике, и поворачивают управляемые колеса ведомого звена на угол, при котором оси вращения этих колес проходят через мгновенный центр скоростей.

Причем поворот управляемых колес ведомого звена осуществляют на угол поворота в соответствии с выражением

3-Х

3 Й 11 где Э и L — продольные расстояния от центра шарнира сочленения до осей соответственно заднего моста тягача и управляемых колес прицепа

Х=(а„-а y) р

AR=R а Р.,.

o I, Я ( где X и 6 R — соответственно про- дольное смещение мгновенного. центра скоростей и приращение радиуса поворота от положения, заданного в статике; с(4 аа,a> — пос оянные коэффициенты;

P и у — соответственно тяговая нагрузка, действующая в шарнире сочленения, и угол складывания;

С и — соответственно база и угол поворота управляе мых колес ведущего звена.

Устройство для реализации предлагаемого способа управления, содержащее датчик угла поворота колес ведущего звена, датчик угла складывания ведущего и ведомого звеньев, а также механизм поворота управляемых колес ведомого звена, снабжено устройством, содержащим блоки задания постоянных коэффициентов, датчик измерения угла складывания, блоки умножения, сумматоры, блок задания коэффициента, равного единице, датчик тягового усилия, блок деления и датчик измерения угла поворота управляемых колес ведущего звена, причем механизм поворота связан с блоком умножения, выходы которого соединены с блоком задания постоянных коэффициентов, датчиком измерения угла поворота 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 связаны с выходами датчика тягового усилия и одного из них — с выходом сумматора, а другого - с выходами блока задания постоянных коэффициентов и датчика измерения угла складывания, 1094790 а 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 фиг. 1 изображены зависимости продольного смещения мгновенно- . го 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 фиг. 3 — блок-схема устройства для управления движением в соответствии с предложенным способом управления.

Экспериментальная проверка предложенной гипотезы поворачиваемости выполнена с помощью двухосной мобильной установки с колесами 11/10 †?8 массой 5,5 т, базой 2,4 м и колеей

? м. Б межосевом приводе устанавливали либо раздаточную коробку со ступенчато регулируемым кинематическим несоответствием в приводе

25 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 и углы поворота передних о

H задних KoJlPc до 3 О . Поворот осуществляли таким образом, чтобы колеса. тормозной установки, создающей

TRÃÎÂ è нагрузку, двигались по следу мобильной установки. Такой 35 способ организации поворота наиболее предпочтителен для сочлененногo тра.;спсртного средства, которое моделировали H процессе экспериментов. 40

Результаты этих экспериментов

> частично приведенные на фиг. 1 для мобильной установки с межосевым дифференциальньгл приводом ? = 0,6 и передними управляемыми колесами о (угол псворота внешнего колеса k1 =20

> внутреннего д- 24 "), показывают, что при .= 0,4 — 0,6 с увеличением тяговой нагрузки Р растет продольное смещение центра скоростей, 50 достигая при P = 15 кН значений

x > 2,0 м, близких к длине базы установки. Смещение х особенно ве-. лико, если нагрузка на задний мост тягача мала. Увеличивается также 55 радиус поворота мобильной установки с К = 6,23 м при Р = О и до R.

7,16 м при Р = 13,86 кН. Так как с увеличением тяговой нагрузки мгновенный центр скоростей смещался на- 60 зад, водитель тормозной установки, ведя ее по следу тягача (мобильной установки), уменьшает угол складывания("с 20" при Р = 4 кН до д = 8 при P = 13,86 Kfl, При заданной тяговой нагрузке с уменьшением угла 1(продольное 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 тягача и продольное смещение центра скорос1 тей вперед по ходу движения. Поперечная составляющая (>sin 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. Ес> ли 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 расстояния вследствие того, что растут отклоняющие моменты, увеличивается положительное продольное смешение X в сторону передних колес, а с уменьшением g u L растут по абсолютной величине отрицательные смещения Х за задние колеса в сторону прицепа.

Для исследованных ходовых систем зависимость X= /(p y) может быть аппроксимирована выражением х=аР (л) а =а„-а (1 где а, и а — постоянные коэффициенты.

Эксперименты показали, что с рос— том тяговой нагрузки в шарнире сочленения до G«- =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 нагрузки Ы=а e (s.у (S) 1094790

Средний угол установки колес прицепа, необходимых для поворота их без бокового скольжения, определим из выражения

С + L cobg —, с = Си"Йа „" () с - 1 Aî+, л

Так как „ по сравнению с К мало, а углы складывания и поворота о управляемых колес не превышают 30 примем sing =y; Qdq =<»; a„s ny=g a L L„cong =

= -D = COAsh

В результате получим (5) 15

Или после подстановки выражений (1)(3) в формулу (5) получим

I р -(а, а у Р

3-а Р ( где

Э . 0 л . С6

/, >< = /L, а= /ь где

Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из блоков

1-4 задания постоянных коэффициентов, датчика 5 измерения угла складывания,4р блока б умножения, сумматора 7, датчика 8 тягового усилия, блоков 9 и 10 умножения, блока 11 задания коэффициента, равного единице, сумматоров

12 и 13, блока 14 деления, блока 45

15 умножения, блока 16 измерения угла поворота А управляемых колес ведущего звена и механизма 17 поворота управляемых колес ведомого звена.

Блок 1 задания постоянных коэффициентов связан с одним из входов блока 6 умножения, другой вход которого связан с выходом датчика 5 угла складывания смежных звеньев, а выход блока 6 умножения соединен с одним из входов блока 7 суммирования, второй вход которого связан с выходом блока 3 задания постоянных коэффициентов, а выход блока 7 суммирования связан с первым входом бло-6() ка 9 умножения, второй вход которого связан с датчиком 8 измерения тягоного усилия. Выход блока 9 умножения соединен с одним из входов блока 13 суммирования, другой вход ко- 65

О "/д ° Од %

Для наиболее распространенных

25 транспортных средств с тягачами, имеющими передние управляемые колеса, ввиду того, что с ростом Р,> их радиус поворота изменяется мало, запишем относительно"простое выраже- 3Р ние торого связан с выходом блока 11 задания коэффициента, равного единице, а выход блока 13 суммирования соединен с одним из входов блока

14 деления. Выход блока 2 задания постоянных коэффициентов соединен с одним из входов блока 10 умножения, а два других входа последнего соединены с датчиком 5 угла складывания и датчиком 8 тягового усилия. Выход блока 10 умножения соединен с одним из входов блока 12 суммирования, другой вход которого связан с блоком 11 задания коэффициента, равного единице, а выход блока 12 суммирования связан с другим входом блока

14 деления, выход которого соединен с одним из входов блока 15 умножения, два других входа которого связаны с выходами блока 4 задания постоянных коэффициентов и датчиком 16 угла поворота управляемых колес ведущего звена, а выход блока 15,соединен с входом механизма 17 поворота управляемых колес ведомого звена.

Блоки 1-4 и 11 задания коэффициентов представляют собой потенциометрические схемы, на которых устанавливается величина сигнала, пропорциональная данному коэффициенту. Датчик 5 измерения угла складывания и датчик 16 угла поворота управляемых колес тягача выполнены, например, в виде вращающихся трансформаторов, причем первый устанавливается в шар-. нире сочленения тягача и прицепа, а второй связан с рулевым механизмом тягача. Датчик 8 измерения тягового усилия выполнен, например, в виде пьезоэлектрического преобразователя и установлен в продольном шкворне шарнира сочленения рычага и прицепа.

Блоки б, 9, 10, 15 выполнены в виде перемножающих усилителей, а блок 14 — в виде делителя. Блоки

7, 12, 13 сложения представляют собой суммирующие усилители.

Устройство работает следующим образом.

При повороте сочлененного транспортного средства с тяговой нагрузкой сигнала от блока 1 задания коэффициента а поступает на блок 6 умножения, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 5 угла складывания )(. Выходной сигнал блока 6 поступает на сумматор 7, на второй вход которого подается сигнал от блока 3 задания коэффициента о

Выходной сигнал сумматора 7 поступает на один из входов блока 9 умножения, а на второй его вход подается сигнал с датчика 8 измерения тяговой нагрузки Р . Выходной сигнал блока 9 поступает на один из входов 13 сумматора, а на второй вход его поступает сигнал от блока 11 задания коэффициента, 1094790

10 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 входа поступает сигнал от датчика 8 измерения тягового усилия P и от датчика 5 измерения угла . Выходной сигнал блока 10 поступает на вход сумматора 12, на другой из вхо- 10 дов которого подается сигнал блока

11. задания коэффициента, равного едийице. ч

Выходной сигнал блока 12 поступает на другой вход делителя 14, на выходе которого образуется снгнал, равный «»" р1 .. Этот сигнал по +а,ру дается на один из входов блока 15 умножения, на два других входа которого поступают сигналы от блока 4 зада ния к оэ ффицие нта Э/ и от. датчи-, ка 1б измерения угла поворота управляемых колес ведомого звена.

На выходе блока 15 образуется сигнал

4-(a -à т р рав ный,,< +/, KoToPHA

1+а р у поступает 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.

Составитель В. Калмыков

Редактор Т. Кугрышева Техред С.мигунова, Корректор С.Черни

Заказ 3512/11 Тираж б2б Подписное

ВНИИПИ ГосударствеНного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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