Устройство для моделирования движения гусеничной машины

Изобретение относится к учебно-тренировочным средствам и может быть использовано в тренажерах для обучения механиков-водителей гусеничных машин. Изобретение направлено на повышение точности моделирования динамики гусеничной машины за счет учета влияния дополнительного сопротивления при движении по мягким и болотистым грунтам. Этот результат обеспечивается за счет введения функционального преобразователя типа усилитель с зоной нечувствительности и сумматора, причем первый и второй вход третьего функционального преобразователя соответственно соединен с выходом третьего интегратора и третьим выходом датчика вида грунта, а второй вход и выход сумматора соединены соответственно с выходом второго функционального преобразователя и входом второго инвертора. Таким образом, предложенное устройство в отличие от известного позволяет более точно моделировать процессы динамики гусеничной машины в движении за счет учета влияния дополнительного сопротивления при движении по мягким и болотистым грунтам, а также более качественно обучать механиков-водителей правильным приемам вождения в период подготовки их на тренажерах. 1 ил.

 

Изобретение относится к учебно-тренировочным средствам и может быть использовано в тренажерах для обучения механиков-водителей гусеничных машин.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является известное устройство для моделирования прямолинейного движения гусеничных машин в тренажерах, содержащее источник двухполярного постоянного напряжения, выходы которого через первый мостовой выпрямитель соединены с первым входом и выходом первого интегратора, выход которого через последовательно соединенный второй интегратор, усилитель, первый вход блока воспроизведения нелинейности типа «сухое трение» соединен со вторым входом первого интегратора и первым входом третьего интегратора, второй вход третьего интегратора соединен с выходом второго блока нелинейности, вход которого соответственно соединен с выходом датчика угла наклона местности и входом первого блока нелинейности, выход последнего соединен с первыми входами второго и первого функциональных преобразователей, выход первого функционального преобразователя непосредственно и через инвертор соединен со вторым и первым входами блока воспроизведения нелинейности типа «сухое трение», датчик вида грунта своими выходами соединен со вторыми входами первого и второго функциональных преобразователей, выход последнего непосредственно и через инвертор соединен с противоположными вершинами второго мостового выпрямителя, вторая пара противоположных вершин которого соответственно соединена с третьим входом третьего интегратора и одновременно со вторым входом второго интегратора и выходом третьего интегратора (см. Изделие ТТВ-1/172. Технический паспорт и описание).

Недостатком данного устройства является отсутствие имитации дополнительного сопротивления, которое возникает при движении гусеничной машины по мягким и болотистым грунтам (снег, песок, пахота и др.) за счет смятия и погружения в грунт под собственным весом машины.

Чем меньше скорость и мягче грунт, тем на большую глубину деформируется грунт, и машина испытывает большее дополнительное сопротивление при движении. Такое положение привело к недостаточному качеству подготовки обучаемых, которое проявляется в том, что большинство обучаемых в период подготовки на тренажерах приобретают навык вождения, не соответствующий вождению реальной гусеничной машины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности моделирования динамики гусеничной машины за счет учета влияния дополнительного сопротивления при движении по мягким и болотистым грунтам.

Поставленная задача решается путем введения в известное устройство тренажера типа ТТВ-172 третьего функционального преобразователя типа усилитель с зоной нечувствительности и сумматора, причем первый и второй вход третьего функционального преобразователя соответственно соединены с выходом третьего интегратора и третьим выходом датчика вида грунта, а второй вход и выход сумматора соединены соответственно с выходом второго функционального преобразователя и входом второго инвертора.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 двухполяроного постоянного напряжения, первый мостовой выпрямитель 2, первый интегратор 3, второй интегратор 4, усилитель 5, блок 6 воспроизведения нелинейности типа «сухое трение», третий интегратор 7, второй мостовой выпрямитель 8, инверторы 9 и 10, блок 11 нелинейности, датчик угла наклона местности, функциональный преобразователь 13 типа усилитель с зоной нечувствительности, сумматор 14, второй функциональный преобразователь 15, первый блок 16 нелинейности, датчик 17 вида грунта, первый функциональный преобразователь 18, резисторы 19-22, диоды 23 и 24, операционный усилитель 25, резисторы 26.

Работа устройства описывается системой уравнений

где ω_вк - угловая скорость вращения ведущего колеса;

J₁ - момент инерции, приведенный к ведущему колесу со стороны вращающихся частей трансмиссии и гусеничного движителя;

М₃ - момент упругих сил, возникающих в гусеничном движителе;

- суммарная податливость гусеничного движителя;

V - линейная скорость гусеницы;

r_вк^- радиус ведущего колеса;

J₂ - момент внешних сил, действующий на гусеничный движитель;

M_f - момент сопротивления движению, определяемый сопротивлением грунта;

М_α - момент, определяемый углом наклона местности;

M_h - дополнительный момент сопротивления при движении гусеничной машины по мягким и болотистым грунтам.

Первое уравнение системы решается с помощью первого интегратора 3, на один вход которого поступает напряжение U_M, пропорциональное крутящему моменту, на другой - с выхода блока 6 воспроизведения нелинейности типа «сухое трение» поступает напряжение U_M3; пропорциональное моменту упругих сил М₃.

Напряжение U_M3 формируется с помощью второго интегратора 4, на один вход которого подается напряжение U_ωвк с выхода интегратора 3 и напряжение U_V с выхода третьего интегратора 7, учет коэффициента 1/r осуществляется входным резистором второго интегратора 4. В результате на выходе последнего формируется напряжение, пропорциональное U_M3, т.е. решается второе уравнение системы.

Усилитель 5 служит для приведения напряжения U_M3 до необходимой амплитуды и необходимого знака.

С помощью блока 6 воспроизведения нелинейности типа «сухое трение» производится решение условия (если М₃=М_сц, то М₃=М_сц) системы следующим образом.

Если амплитуда напряжения U_M3 меньше напряжения U_Мсц, пропорционального моменту сцепления гусеницы с грунтом М_сц (последнее подается на управляющие входы и определяет уровень ограничения), то напряжение U_M3 без изменения проходит через блок 6 воспроизведения нелинейности. Если же амплитуда напряжения U_M3 больше напряжения U_Мсц то напряжение U_M3 ограничивается блоком 6 воспроизведения нелинейности до напряжения, поданного на управляющие входы, т.е. до величины U_Мсц. Таким образом, на выходе блока U_M3=U_Мсц.

С выхода блока 6 воспроизведения нелинейности напряжение U_M3 подается на вход третьего интегратора 7, на другие входы интегратора поступают напряжения U_Mf, U_Mα, U_Мсц, причем U_Mf и U_Мсц поступают через мостовой выпрямитель 8 для того, чтобы не возникало движение от момента сопротивления грунта.

Напряжения U_Mf, U_Мα, U_Мсц, формируются исходя из выражений

где G - вес машины;

α - угол наклона местности;

М_сц - момент сцепления гусеницы с грунтом;

F - коэффициент сопротивления грунта;

ϕ - коэффициент сцепления гусеницы с грунтом.

Выражение (5) решается следующим образом.

С датчика угла наклона местности (датчиком может быть либо потенциометр, либо устройство считывания с какого-либо носителя информации) снимается напряжение U_α, пропорциональное углу наклона местности, которое поступает на первый блок 16 воспроизведения нелинейности, воспроизводящей косинусную зависимость. Напряжение U_cosα поступает на вход второго функционального преобразователя 15, который реализует функцию произведения f cosα с учетом значений веса машины G и радиуса ведущего колеса r_вк.

На другой вход второго функционального преобразователя подается напряжение, определяющее вид грунта с датчика 17 (датчиком вида грунта может быть переключатель, потенциометр или устройство считывания с какого-либо носителя информации).

Таким образом, на выходе второго функционального преобразователя 15 формируется напряжение, пропорциональное U_Mf, которое поступает на сумматор 14. На другой вход последнего поступает напряжение, пропорциональное дополнительному моменту сопротивления при движении по мягким и болотистым грунтам U_Mh. Оно формируется следующим образом.

Напряжение, пропорциональное скорости движения, с третьего интегратора 7 поступает на третий функциональный преобразователь 13, который формирует характеристики зависимости сопротивления различных видов грунта от изменения скорости движения машины.

В третьем функциональном преобразователе 13 это напряжение через резистор 19 подается на усилитель 25.

Одновременно с выхода датчика 17 вида грунта напряжение, пропорциональное заданному грунту, поступает на вход резистора 20 и служит опорным напряжением.

До тех пор, пока напряжение, пропорциональное скорости движения, не компенсирует опорное напряжение, напряжение с датчика 17 вида грунта через резистор 21 формирует на выходе усилителя 25 максимальный дополнительный момент сопротивления при движении по мягким и болотистым грунтам U_Mh.

По мере увеличения сигнала, пропорционального скорости движения U_v, компенсируется опорное напряжение на аноде диода 24, и на выходе усилителя 25 уменьшается значение дополнительного сопротивления движению до нуля. Диод 23 препятствует появлению на выходе усилителя 25 напряжения другой полярности.

Суммируясь на сумматоре 14, напряжение U_Mf и U_Mh поступают на противоположные вершины мостового выпрямителя 8 с противоположным знаком за счет второго инвертора 9.

Напряжение U_Мсц формируется точно также, как и напряжение U_Mf только в этом случае используется первый функциональный преобразователь 18. Напряжение U_Мсц подается на управляющие входы блока 6 воспроизведения нелинейности типа «сухое трение» с разными знаками.

Для изменения знака служит первый инвертор 10. Аналогично U_Мсц формируется напряжение U_Mα, которое после функционального преобразователя 11 подается на вход третьего интегратора 7.

Таким образом, предложенное устройство в отличие от известного позволяет более точно моделировать процессы взаимодействия гусеничного движителя по мягким и болотистым грунтам, более полно обучать водителей правильным приемам вождения, что, в свою очередь, дает возможность приблизить тренировки водителя при вождении в сложных условиях к реальным условиям и приводит к сокращению расхода моторесурса реальных машин, используемых для обучения, и к сокращению расхода топлива.

Устройство для моделирования движения гусеничной машины, содержащее источник двухполярного постоянного напряжения, выходы которого через первый мостовой выпрямитель соединены с первым входом и выходом первого интегратора, выход которого через последовательно соединенный второй интегратор, усилитель, первый вход блока воспроизведения нелинейности типа «сухое трение» соединен со вторым входом первого интегратора и первым входом третьего интегратора, второй вход третьего интегратора соединен с выходом второго блока нелинейности, вход которого соответственно соединен с выходом датчика угла наклона местности и входом первого блока нелинейности, выход последнего соединен с первыми входами второго и первого функциональных преобразователей, выход первого функционального преобразователя непосредственно и через первый инвертор соединен со вторым и третьим входами блока воспроизведения нелинейности типа «сухое трение», датчик вида грунта своими выходами соединен со вторыми входами первого и второго функциональных преобразователей, пара противоположных вершин второго мостового выпрямителя соединена с третьим входом третьего интегратора и одновременно со вторым входом второго интегратора и выходом третьего интегратора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий функциональный преобразователь типа усилитель с зоной нечувствительности и сумматор, причем первый и второй вход третьего функционального преобразователя соответственно соединены с выходом третьего интегратора и третьим выходом датчика вида грунта, а второй вход и выход сумматора соединены соответственно с выходом второго функционального преобразователя и входом второго инвертора.