Способ управления многоприводной электрической трансмиссией многоосной колесной машины

Изобретение относится к области колесных транспортных средств. Способ заключается в задании водителем потребной скорости движения колесной машины, определении значения уставки угловой скорости эквивалентного колеса, измерении текущей угловой скорости тягового электродвигателя каждого колеса, регулировании угловых скоростей всех колес. При выходе реального значения угловой скорости любого колеса за верхнее ограничение допуска уменьшают электрическую мощность, подводимую к тяговому электродвигателю колеса до вхождения в допускаемый коридор. При выходе значения угловой скорости любого колеса за нижнее ограничение допуска увеличивают подведение к тяговому электродвигателю колеса электрической мощности до вхождения в допускаемый коридор. Технический результат заключается в минимизации потерь в электрической трансмиссии и катящихся колесах. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к области колесных транспортных средств, в том числе многоосных транспортных средств большой и особо большой грузоподъемности с индивидуальными электроприводами колес. Изобретение предназначено для обеспечения функционирования системы автоматизированного управления (САУ) тяговыми электродвигателями (ТЭД) мотор-колес колесного автомобильного транспортного средства (АТС) с любой колесной формулой и с любой схемой поворота. Способ управления многоприводной электрической трансмиссией предусматривает наличие датчика угла поворота рулевого колеса, датчика положения полюса поворота, переключателя режимов движения «вперед-назад», датчика угла отклонения педали линейной скорости транспортного средства.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ управления автомобильным транспортным средством, реализованный в системе управления вращающими моментами множества колес автомашины, включающей: один или более датчиков скорости для того, чтобы определить скорость для каждого колеса; датчик ускорения отклонения от курса транспортного средства для того, чтобы определить фактическое ускорение отклонения от курса транспортного средства; датчик вращающего момента определяет направление транспортного средства и заданную величину вращающего момента для транспортного средства; электронное контрольное устройство для обработки данных от датчиков скорости, датчика ускорения отклонения от курса транспортного средства, датчика ускорения отклонения от курса и вращающего момента, чтобы сформировать сигналы вращающего момента для множества колес; и один или более формирователей сигналов вращающего момента, реагирующих на сигналы вращающего момента, чтобы изменить вращающий момент, управляющих каждым из множества колес таким образом, что колеса обеспечивают либо ускорение, либо замедление в зависимости от намерения водителя и обеспечиваемого тягового усилия (заявка US 2004176899).

Способ управления, реализованный в данной системе, направлен на повышение устойчивости автомобиля, предотвращение рыскания, в том числе и на поверхностях с плохим сцеплением (мокрый асфальт, лед и т.п.).

Однако этот способ управления предназначен для автомобилей 4×2 или 4×4, преимущественно легковых, для которых важна устойчивость движения, с механической, гибридной или электрической трансмиссией. При этом обеспечивается управление крутящими моментами и угловыми скоростями колес соответственно механической, гибридной или электрической трансмиссиями с реализацией функции ПБС/АБС (ASR/ABS), т.е. предотвращается излишняя раскрутка (буксование) колес в тяговом режиме и блокировка колес в тормозном режимах, что обусловлено свойствами механической дифференциальной трансмиссии и электрической трансмиссии с реализацией в ней так называемого электрического дифференциала.

Данный способ управления предназначен для использования при движении автомобиля на больших скоростях по криволинейному пути, т.е. когда возникают и решаются вопросы устойчивости и управляемости за счет механической дифференциальной трансмиссии или электрической трансмиссии с электрическим дифференциалом, различных угловых скоростей колес при криволинейном движении автомобиля, при их различном радиусе, из-за погрешностей при изготовлении, различного давления воздуха в шинах, различной нагрузки на колесо, износа и т.п.

Заявленный способ предназначен в первую очередь для использования на многоосных полноприводных АТС (8×8 и более), для которых на сегодня считается более важной проходимость и экономичность и для них считается наиболее рациональной электрическая трансмиссия с электромотор-колесами, для управления которой и предлагается данный способ.

Одной из особенностей трансмиссий таких многоосных полноприводных АТС является возникновение таких ситуаций, как самопроизвольный переход некоторых колес от тяги к торможению (это называется «циркуляцией» мощности), что, естественно, негативно и этого нужно избегать, что и позволяет данный способ управления.

Технический результат способа управления заключается в реализации максимально возможных тяговых сил по колесам, чтобы в случае необходимости обеспечить максимально интенсивный разгон АТС или для преодоления внешних сил сопротивления движению (тяжелые дорожные условия), и в минимизации потерь в электрической трансмиссии и катящихся колесах для минимизации расхода топлива при управлении многоосными полноприводными АТС, оснащенными электрической трансмиссией с электромотор-колесами.

В основе предложенного способа лежит следящее управление каждым электродвигателем электромотор-колеса в отдельности по угловой скорости. Управление данным образом одним электродвигателем известно и хорошо отработано, предложенный способ обеспечивает управление многоприводной трансмиссией, в которой каждое из колес может оказываться в различных условиях по сцеплению и по сопротивлению качения.

Способ управления не предполагает движение АТС с большими скоростями, это не нужно для многоосных АТС, поэтому устойчивость и управляемость АТС не важна. Важны проходимость, тяга, интенсивность разгона и экономичность, что и обеспечивается в предложенном способе управления.

Технический результат достигается тем, что в способе управления многоприводной электрической трансмиссией многоосной колесной машины предусмотрено задание водителем потребной скорости движения многоосной колесной машины, преобразование сигнала задания потребной скорости в сигналы задания угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес, измерение текущей угловой скорости тягового электродвигателя каждого колеса, определение направления крутящего момента (что является гораздо более дешевым и более просто технически реализуется аппаратно, чем измерение не только знака - т.е. направления крутящего момента, но и его числового значения, как в заявке US 2004176899), сравнение указанной текущей угловой скорости с угловой скоростью, соответствующей упомянутому сигналу задания угловой скорости вращения тягового электродвигателя с поправкой, учитывающей радиусы кривизны окружностей, по которым движутся колеса, при движении машины по криволинейному участку, корректировка текущей угловой скорости вращения каждого колеса путем регулирования мощности, подводимой к тяговому электродвигателю колеса, и приведение знака его крутящего момента в соответствие с текущим режимом тяги или торможения колеса.

При этом задают диапазон изменения угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес и осуществляют коррекцию угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес в пределах указанного диапазона; коррекцию угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес осуществляют в заданного промежутка времени. Возможно обеспечение нескольких зависимостей угловой скорости вращения тягового электродвигателя колес от положения органа управления потребной скоростью движения колесной машины, переключения между которыми осуществляют автоматически по заданному алгоритму.

В способе управления могут быть реализованы три альтернативных варианта предотвращения буксования тяговых колес. Так корректировка угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей каждого колеса при буксовании колеса, осуществляемая в сторону уменьшения угловой скорости до прекращения буксования, может быть произведена с использованием в качестве контролируемой величины значения отношения продольного ускорения корпуса колесной машины к угловому ускорению каждого из колес; значения коэффициента проскальзывания каждого колеса, определяемого по соотношению угловой скорости колеса и линейной скорости колесной машины; значений коэффициента проскальзывания и крутящего момента каждого колеса.

Применение следящего управления каждым электромотор-колесом по его угловой скорости позволяет избежать их самопроизвольной раскрутки, что бывает, например, в механических дифференциальных трансмиссиях. Но скорости всех колес нужно задавать индивидуально. Для этого в способе описана процедура принудительного задания различных угловых скоростей колесам при криволинейном движении АТС, при их различном радиусе, из-за погрешностей при изготовлении, различного давления воздуха в шинах, различной нагрузки на колесо, износа и т.п.

На фиг.1 показана зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью: ωкэу=Kшli·α, в режиме 1.

На фиг.2 показана зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью ωкэyш2·α, в режиме 2.

На фиг.3 показан график изменения постоянной времени (в контуре управляющего воздействия УСЭК ωкэу) для режима №2.

На фиг.4 показан график изменения величины постоянной времени для режима 3.

На фиг.5 показана зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью при движении задним ходом.

Регулируемыми величинами являются угловые скорости всех колес АТС.

Задачи способа: Используя преимущества индивидуального электрического привода колес, создать условия для наиболее эффективной реализации как тягово-сцепных возможностей каждого колеса АТС, так и возможностей ТЭД, чтобы обеспечить:

1. Реализацию максимально возможных тяговых сил по колесам, в случае необходимости обеспечить максимально интенсивный разгон АТС или для преодоления внешних сил сопротивления движению (тяжелые дорожные условия).

2. Минимизацию потерь в ЭТ и катящихся колесах для минимизации расхода топлива.

Устройства, формирующие входную информацию для САУ:

1. Рулевое колесо (задания направления движения АТС).

2. Задатчик положения полюса поворота (используется для задания положения полюса поворота на продольной оси АТС).

3. Переключатель режимов движения «вперед-назад» находится на панели управления.

4. Переключатель режимов Кш (используется для задания одного из четырех режимов №1, 2, 3 и 4 движения АТС вперед), находится на панели управления. Наличие четырех режимов объясняется необходимостью имитационной и экспериментальной отработки режимов. Выбор из них оптимального должен производится в каждом конкретном случае в зависимости от требований и условий работы конкретной АТС, с помощью предложенного автором метода.

5. Педаль управления угловой скоростью (используется для задания угловой скорости эквивалентного колеса АТС).

6. Педаль управления торможением (используется для задания тормозных усилий, развиваемых тормозными механизмами АТС, и в способе управления ЭТ не используется).

Под угловой скоростью эквивалентного колеса (УСЭК) понимается - угловая скорость жесткого колеса идеальной геометрии (имеющего радиус качения в свободном режиме, равный номинальному значению, для расчетов принимается rкс=0.52 м), находящегося по середине базы на продольной оси симметрии АТС и плоскость вращения которого совпадает с вектором мгновенной скорости данной точки машины (т.е. колесо катится по траектории движения АТС и его плоскость вращения является касательной к этой траектории).

Водитель, управляя АТС посредством органов управления, задает направление движения и линейную скорость. В движении колеса могут оказаться в разных условиях по сцеплению, тогда для максимальной реализации тягово-сцепных возможностей каждого из колес требуется задавать различное проскальзывание, через регулирование скоростей вращения колес. Задавать различные скорости вращения каждого из колес водителю просто невозможно. От него можно требовать управление линейной скоростью АТС с помощью органов управления и по данным обратной связи, которой являются показания спидометра и зрительная оценка водителем скорости. В свете этого, для создания способа регулирования угловых скоростей колес АТС и его адекватного понимания и вводится понятие УСЭК. Для данного способа принимаем, что водитель отклонением педали управления угловой скоростью будет задавать САУ линейную скорость АТС, которая будет являться произведением УСЭК на статический радиус колеса идеальной геометрии.

2 Движение вперед

2.1 Формирование исходной информации

Для движения вперед водитель переводит тумблер режимов движения «вперед-назад» в положение «Движение вперед». После этого отклонения педали управления угловой скоростью однозначно трактуются САУ как команда водителя к движению АТС вперед. Переключение тумблера режимов движения «вперед-назад» возможно только на неподвижной АТС, т.е. измеренные угловые скорости всех колес меньше или равны ωкiизм≤±0.01 рад/с; в случае случайного переключения тумблера в процессе движения предусмотрена аппаратная блокировка с включением световой сигнализации на пульте управления.

2.2 Вычисление угловой скорости эквивалентного колеса

Водитель задает:

1. УСЭК изменением: α [°] - угла отклонение педали управления угловой скорости;

2. Криволинейное движение АТС изменением: φрк [°] - угла поворота рулевого колеса и γп [позиции] - задатчиком положения полюса поворота;

3. Один из четырех режимов №1, 2, 3 и 4 движения АТС вперед - переключателем режимов Кш (переключатель 4-позиционный).

2.2.1 Режим движения макета №1

Переключатель режимов движения АТС Кш находится в первом положении. Зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью считается линейной [рад/с]:

Угол отклонения педали управления угловой скорости α [°] изменяется в пределах [0, 60°]. Наибольшая УСЭК ωкэуmax соответствует наибольшему углу отклонения педали αmax=60°.

Для повышения чувствительности органа управления УСЭК при движении с малыми скоростями АТС вводятся пять подрежимов качения эквивалентного колеса, что является некоторым аналогом многоступенчатой трансмиссии. Они характеризуются коэффициентом Кш1i (i=1,5). Значения коэффициентов Кш1i приведены в таблице 1.

Зависимости ωкэiуш1i·α приведены на фиг.1.

Таблица 1
Значения коэффициентов Кш1i
i Кшi, рад/с·° ωкэуimax, рад/с ωкэуimin, рад/с
1 2 3 4
1 0.057 3.24 0.00
2 0.17 10.20 1.70
3 0.34 20.40 3.40
4 0.57 34.20 5.70
5 0.94 56.40 9.40

Способ управления на режиме №1 функционирует следующим образом. При отклонении педали управления угловой скорости от нулевого положения на угол α первоначально САУ выбирает подрежим Кш11 (соответствует минимальной УСЭК ωкэуmax1 [рад/с] при максимальном отклонении педали управления угловой скоростью). При дальнейшем отклонении педали (при увеличении значения α) САУ увеличивает значение «уставки» ωкэу1 по формуле (1).

Переход на подрежим Кш12 (или на Kш1i+1) осуществляется при выполнении двух условий:

1. При достижении измеренной УСЭК ωкэизм своего максимального значения с допуском ±2%, для подрежима Кш12ш1i) это ωкэуmax1±2% (ωкэуmaxi±2%, см. табл.1).

2. При положении педали УСЭК в максимальном отклонении с допуском ±2% α=αmax=60±1.2° (что соответствует максимальному значению «уставки» ωкэуi=(ωкэуimax).

После перехода на Кш12 (Kш1i+1) происходит дальнейшее увеличение ωкэизм до достижения значения соответствующего углу отклонения водителем педали управления угловой скоростью (до достижения значения «уставки» ωкэу).

В случае уменьшения угла α водителем уменьшение ωкэизм производится САУ по зависимости (1) для выбранного в данный момент Кш1i (например, Кш12) до достижения значения соответствующего углу отклонения водителем педали управления угловой скоростью (до достижения значения «уставки» ωкэу).

Переход на Кш1i-1 (в нашем примере Кш11) осуществляется при выполнении двух условий:

1. При достижении измеренной УСЭК ωкэизм своего значения, равного для подрежима Кш1i ωкэimin±2% (см. табл.1).

2. При отклонении педали УСЭК в положении α=10±1.2° (что соответствует минимальному значению «уставки» ωкэуiкэimin).

САУ вычисляет значение измеренной УСЭК ωкэизм для проверки выполнения первого условия перехода от Кш1i к Кш1i+1 (и от Кш1i к Кш1i-1) согласно формуле:

где ωкэизм - измеренное значение УСЭК (реальное значение) [рад/с];

ωкjизм - угловая скорость j-го колеса, полученная с датчика угловой скорости j-го ТЭД [рад/с];

Kvj - коэффициент корректировки угловых скоростей ТЭД при криволинейном движении зависящий от угла поворота рулевого колеса и положения задатчика полюса поворота. При прямолинейном движении (φрк=0 и γп=0) Кvjрк, γп)=1. Данный коэффициент позволяет почти полностью избежать «циркуляции» мощности в трансмиссии и износа шин при криволинейном движении АТС.

Кωj - коэффициент дополнительного приращения угловой скорости j-го колеса (его значения приведены ниже);

n - число колес АТС.

При этом ωкэизм может отличаться от значения своей «уставки» ωкэу не более чем на ±Δωкэiизм рад/с, которая для каждого из пяти подрежимов приведена в таблице 2.

Таблица 2
i ωкэуimax, рад/с Δωкэiизм, рад/с
1 2 3
1 3.24 0.20
2 10.20 0.50
3 20.40 1.10
4 34.20 2.00
5 56.40 3.00

Крайне быстрое нарастание крутящего момента на ТЭД (из-за мгновенного подведения большой электрической мощности), в случае резкого отклонения водителем педали УСЭК в максимальное положение, может привести: к значительным динамическим нагрузкам в приводе и несущей системе макета; к срыву грунта под колесами с возможной последующей потерей подвижности. Для предотвращения этого вводится инерционное звено с постоянной времени Т=1 с, в контур управляющего воздействия УСЭК ωкэ. Это приведет к плавному нарастанию подводимой к ТЭД мощности до значения, установленного САУ за время, большое или равное 3 с. Данное инерционное звено аналогично присутствует в режимах движения №2, 3, и 4, а также при движении задним ходом.

2.2.2 Режим №2, 3 и 4

В формировании САУ УСЭК режимы №2, 3 и 4 одинаковы. Поэтому следующее описание одинаково относится как к режиму №2, так и к режимам №3 и №4. Различие в режимах представлено в п.2.3.

Переключатель режимов движения макета Кш находится во втором (в третьем или четвертом) положении. Зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью считается линейной:

где Кш2=0.94

Угол отклонения педали управления угловой скорости α [°] изменяется в пределах [0, 60°]. Наибольшая УСЭК ωкэуmax=56.4 рад/с соответствует наибольшему углу отклонения педали αmax=60°. При этом ωкэизм может отличаться от значения своей «уставки» ωкэу не более чем на ±Δωкэизм рад/с, где Δωкэизм=3 рад/с. Зависимость ωкэу приведена на фиг.2. Как и пункте 2.2.1, предусмотрено инерционное звено с постоянной времени Т=1 с.

2.3 Регулирование угловых скоростей колес

Независимо от выбранного режима движения №1, 2, 3 или 4 (т.е. независимо от положения переключателя Кш) угловые скорости колес выставляются САУ относительно «уставки» УСЭК ωкэу единым способом. При этом уменьшение измеренной угловой скорости i-го колеса (ωкiизм) САУ производит посредством уменьшения подводимой к ТЭД колеса электрической мощности (вплоть до полного отключения), увеличение угловой скорости производиться посредством увеличения подводимой к ТЭД мощности.

Угловые скорости всех колес регулируются САУ, равными «уставке» УСЭК с поправкой на KViрк, γп) с точностью регулирования не хуже ±0.1 рад/с от уставочного значения ωкiу [рад/с]:

где ωкiу - значение угловой скорости i-го колеса (значение «уставки» САУ) [рад/с].

То есть все ωкiу равны между собой с погрешностью регулирования ±0.1 рад/с (при KVi, γп)=1) и равны ωкэизм, которая, в свою очередь, выставляется по ωкэу с погрешностью регулирования ±Δωкэизм рад/с (ωкэизмкэy±Δωкэизм рад/с).

При выходе значения угловой скорости любого колеса ωкiизм (реального значения) за верхнее ограничение допуска (более чем +0.1 рад/с от ωкiу) САУ уменьшает подведение к его ТЭД электрической мощности (вплоть до полного его отключения) до вхождения ωкiизм в допускаемый коридор, после этого продолжает подведение мощности к данному колесу. При выходе значения угловой скорости любого колеса ωкiизм за нижнее ограничение допуска (менее чем -0.1 рад/с от ωкiу) САУ увеличивает подведение к его ТЭД электрической мощности до вхождения ωkiизм в допускаемый коридор.

Это позволяет исключить «циркуляцию» мощности между колесами. В случае «циркуляции» мощности продольная реакция в пятне контакта данного колеса меняет свое направление на противоположное и становится не движущей силой АТС, а силой сопротивления движению. Для предотвращения подобного явления и предложен данный способ регулирования угловой скорости вращения колес, которому можно привести в качестве некоторой аналогии механическую блокированную трансмиссию с муфтами свободного хода на каждом колесе.

Однако данный способ регулирования угловых скоростей вращения колес, как и аналогичная ему механическая блокированная трансмиссия с муфтами свободного хода, имеет существенный недостаток. Радиусы качения колес в свободном режиме могут принимать различные значения, это может быть вызвано различиями размеров колес (за счет допуска на размер, износа при эксплуатации и т.п.), нормальных нагрузок на них, давлением воздуха в шинах, кинематическим несоответствием в трансмиссии, а также их движением по различным траекториям на поворотах. Пренебрегая динамическими (кратковременными) изменениями радиусов свободного качения колес и учитывая только их статические (долговременные) изменения, рассматривается только вызванное этим статическое изменение радиусов качения колес в ведущем режиме. Следовательно, колеса с большими радиусами качения будут несколько перегружены продольными реакциями, а колеса с меньшими радиусами качения САУ будут переведены в ведомый режим движения (их ТЭД будут отключены от питания) из-за того, что они будут вращаться с большей угловой скоростью, чем тяговые колеса. Избежать этого можно, определив отключенные от питания ТЭД, и задать им принудительно несколько большую скорость вращения, чем та, с которой они вращались в ведомом режиме. Это позволит перевести эти колеса из ведомого режима движения в ведущий, что, безусловно, повысит тяговые возможности АТС и более рациональным образом распределит продольные реакции по колесам. В противном случае возможно значительное перераспределение продольных реакций. Помимо перегрузки шин данных колес и возрастания внутренних потерь энергии в них это может вызвать превышение продольными реакциями тяговых колес предела по сцеплению с опорной поверхностью и соответственно потерю подвижности. Чтобы избежать данного явления предлагается следующее.

Непрерывно (с шагом вычисления САУ) опрашивать каждое колесо с момента достижения колесом угловой скорости ωкiизм≥0,1 рад/с на предмет выполнения критерия, состоящего из трех условий:

1. Угловая скорость колеса, измеренная датчиком ωкiизм, превосходит «уставку» ωкiу более чем на 0,1 рад/с на промежуток времени Δt>3c (существует разница Δωкiизмкiизмкiу>0.1 рад/с);

2. Линейное ускорение АТС ах<2·Δа;

3. Угловая скорость вращения колеса ωкiизм<1.1·ωкiу.

Где Δа - погрешность измерения датчика линейного ускорения АТС.

При этом, согласно способу управления, к данному ТЭД колеса не должна подводится электрическая мощность.

В случае выполнения этих трех условий (1…3) для этого колеса принимается новое значение «уставки» угловой скорости, равной:

Это изменение угловой скорости позволит более равномерно распределить продольные реакции по колесам АТС.

Коэффициент Кω дополнительного приращения угловой скорости равен:

1. Для режима движения №1 и 2 - Кω=1.04;

2. Для режима движения №3 и 4 - Кω=0.5·(ωкэизм+Δωкiизм)/Vа, при этом есть ограничения Кω<1.1.

Отличие в определении Кω обусловлено тем, что для режимов движения АТС №3 и 4 необходимо определение абсолютной скорости движения, определяется датчиком, а в режимах 1 и 2 это не нужно. Поэтому было решено для первых двух режимов задавать Кω как константу, а в остальных случаях вычислять через угловые скорости колес линейную скорость АТС.

Новое значение «уставки» угловой скорости ωкiу поддерживается на протяжении 600 с, потом его снова выставляют по формуле (4) и снова проверяют выполнение критерия (1…3). В случае выполнения данных условий в 3-й раз ωкiу определяется САУ по формуле (5) до момента полной остановки АТС. Это предусмотрено для создания обратной связи у данного критерия с целью предотвращения излишней раскрутки некоторых колес, то есть предохранение от перерегулирования системы.

Условия (1…3) этого критерия выбраны из следующих соображений:

1. Задержка по времени на 3 с используется как временной фильтр. САУ не отрабатывает переходные процессы изменения угловой скорости вращения, а реагирует лишь на их статическое изменение.

2. Условие минимальности линейного ускорения выбрано для не реагирования САУ на изменения продольных реакций колес в процессе разгона или замедления АТС.

3. Ограничение по угловой скорости вращения колеса ωкi служит защитой от управления колесом в случае значительного возрастания его угловой скорости. Например, колесо имеет значительные повреждения, и нагружать его продольной реакцией нецелесообразно.

Отличительные особенности режимов №2, 3 и 4:

В случае, когда водитель резко увеличит «уставку» УСЭК, возможно быстрое нарастание крутящего момента на ТЭД из-за подведения большой электрической мощности, которое может привести к значительным динамическим нагрузкам в приводе и несущей системе АТС и к срыву грунта под колесами с возможной потерей подвижности. Это обусловлено зависимостью коэффициента сцепления на твердых опорных поверхностях и связных грунтах с ярко выраженным максимумом. Для реализации максимально возможной тяговой силы каждым колесом были введены ограничения угловой скорости колес тремя различными способами.

При реализации режима №2.

Постоянная времени (в контуре управляющего воздействия УСЭК ωкэу) для режима №2 изменяется согласно графику фиг.3 и таблице 3.

Таблица 3
Δ Т, с
0 1
5 1
14 5
28 18
160 18

где Δ=(ωкэуконкэизмнач)/ωкэизмнач

ωкэизмнач - измеренное значение УСЭК в момент времени, когда водитель изменил «уставку» колеса больше чем на 0.25 рад/с;

ωкэукон - значение «уставки» УСЭК, заданное углом отклонения педали управления угловой скорости в этот момент времени.

То есть когда ωкiу остается постоянной без изменения (водитель не нажимает на педаль управления угловой скорости) Т=1 с, при увеличении ωкiизм до ωкiукон (водитель нажал на педаль управления угловой скорости и САУ это отрабатывает) изменять скорость нарастания ωкiизм изменением Т, согласно вышеприведенным данным.

Непрерывно (с шагом вычислений САУ) опрашивать каждое колесо с момента:

1. Достижения колесом угловой скорости ωкэiизм≥0.1 рад/с;

2. Достижения колесом углового ускорения εi≥0,05 рад/с2;

На предмет выполнение условия для каждого из колес:

где ах - линейное ускорение АТС [м/с2];

εi - угловое ускорение вращения i-го колеса [рад/с2].

Ограничение отношения линейного ускорения к угловому имеет размерность [м] и его можно интерпретировать как значения радиуса качения колеса. Таким образом для шины данной размерности rк=0.6 м соответствует скольжению колеса примерно в 20…23%, что по большинству исследованиям является близким к максимуму по сцеплению значением.

Линейное ускорение АТС считывается с датчика ускорения. Угловое ускорение вращения i-го колеса получается дифференцированием угловой скорости колеса.

В случае выполнения условия осуществляется уменьшение «уставки» угловой скорости вращения i-го колеса ωкiу до момента, пока не выполнется ахi≥0.4:

где ωкiу_измен - измененная «уставка» угловой скорости вращения i-го колеса ωкiу [рад/с];

Δωкiу_измен - изменение «уставки» угловой скорости вращения i-го колеса ωкiу.

При этом в контуре управляющего воздействия Δωкiу_измен вводится инерционное звено с постоянной времени Т:

где На - передаточная функция инерционного звена с постоянной времени Т=4 с;

te - относительное время в САУ, считаемое с момента выполнения критерия ахi<0.4 (т.е. в момент времени, когда ахi=0,4 te=0 с и каждый раз при переходе критерия через 0,4 параметр te обнуляется) [с].

Данный критерий позволяет определить момент начала пробуксовки колес, в случае если водитель, задавая УСЭК ωкэ, ошибся и превысил возможности колес по сцеплению, он используется по данным печати в современных противобуксовочных системах (ПБС). Здесь реализуется ограничение проскальзывания колес и поддержания тяговых сил всех колес максимально возможными. Этот способ регулирования проскальзывания колес можно назвать: способом регулирования проскальзывания колес по прогнозу возможного буксования.

При реализации режима №3 непрерывно (с шагом вычисления САУ) опрашивать каждое колесо с момента достижения колесом угловой скорости ωкэiизм≥0,1 рад/с на предмет выполнения условия для каждого из колес:

где Si - проскальзывание i-го колеса, рассчитывается по формуле:

В случае выполнения условия осуществляется изменение величины постоянной времени согласно графику фиг.4 и таблице 4.

где Δ=(ωкiуконкiизмнач)/ωкiизмнач

ωкiизмнач - значение угловой скорости колеса в момент времени Si=0,15.

ωкiукон - значение «уставки» угловой скорости колеса в момент времени Si=0,15, заданное углом отклонения педали управления угловой скорости в этот момент времени (Si=0,15).

То есть когда ωкiу остается постоянной без изменения (водитель не нажимает на педаль управления угловой скорости), Т=1 с, при увеличении ωkiизм до ωкiукон (водитель нажал на педаль управления угловой скорости и САУ это отрабатывает) в момент выполнения Si>0,15 изменять скорость нарастания ωкiизм изменением Т, согласно вышеприведенным данным.

Таблица 4
Δ Т, с
0 1
1 1
5 1,25
10 3
15 6
28 18
160 22

При достижении Si величины 0,19:

В данном случае величина проскальзывания выбрана на основании многочисленных экспериментальных исследований, из которых следует, что максимум сцепления (кривой φ(S)) для большинства поверхностей находится в диапазоне значений S от 0,15 до 0,25. Выбор значения коэффициента проскальзывания 0.15 обусловлен нижней границей максимума сцепления, а 0.19 как средняя величина этого диапазона (запас в 0.01 на случай незначительного перерегулирования системы проскальзывания колеса).

Кроме того, возможно определение Sпред по фактическому максимуму кривой φ(s) через значение продольной реакции колеса Rx, которую можно определить с помощью датчиков или косвенно оценить по крутящему моменту.

В случае выполнения условия осуществляется уменьшение «уставки» угловой скорости вращения i-го колеса ωкiу до момента, пока проскальзывание колеса не станет меньше 0,19 согласно следующей зависимости:

Данное условие является ограничением угловой скорости вращения каждого колеса по заданному проскальзыванию. Это позволяет индивидуально регулировать проскальзывание каждого колеса в оптимальных пределах. В этом варианте реализуется ограничение проскальзывания колес и поддержания тяговых сил всех колес максимально возможными. Этот способ регулирования проскальзывания колес можно назвать: способом регулирования непосредственно проскальзывания колес.

При реализации режима №4.

Постоянная времени (в контуре УСЭК ωкэу) для режима №4 принимается постоянной и равной Т=1 с.

Непрерывно (с шагом вычисления САУ) необходимо опрашивать каждое колесо с момента достижения колесом угловой скорости ωкэiизм≥0,1 рад/с на предмет выполнения условия для каждого из колес:

В случае выполнения условия САУ принимает текущее значение крутящего момента колеса за предельное:

В дальнейшем САУ поддерживает крутящий момент данного колеса не выше этого предельного значения:

Если через t=30 с после момента времени МТЭДiТЭДiconst выполняется условие:

Тогда все ограничения по крутящему моменту на i-м колесе снимаются. Выбор значений ограничения S в 0.15 и 0.19 аналогичен выбору в режиме №3.

Данное условие является ограничением угловой скорости вращения каждого колеса по заданному проскальзыванию с помощью крутящего момента на ТЭД. Это позволяет индивидуально регулировать крутящий момент каждого колеса, не допуская превышения предела по сцеплению. В этом варианте реализуется ограничение крутящих моментов колес и поддержание их максимально возможными. Этот способ регулирования можно назвать: способом регулирования непосредственно крутящих моментов колес.

3 Движение задним ходом

3.1 Формирование исходной информации

Для движения назад водитель переводит тумблер режимов движения «вперед-назад» в положение «Движение назад». После этого отклонения педали управления угловой скорости однозначно трактуется САУ как команда водителя к движению АТС назад.

3.2 Вычисление угловой скорости эквивалентного колеса

Водитель задает при движении назад:

1. УСЭК изменением α [°] - угла отклонения педали управления угловой скорости.

2. Криволинейное движение АТС изменением φрк [°] - угла поворота рулевого колеса и γп [В] - задатчиком положения полюса поворота.

Зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью считается линейной:

где Кшзх=0.09

Угол отклонения педали управления угловой скорости α [°] изменяется в пределах [0,60°]. Наибольшая УСЭК ωкэуmax=5.4 рад/с (при этом скорость данного макета АТС 10 км/час) соответствует наибольшему углу отклонения педали αmax=60°. При этом ωкэизм может отличаться от значения своей «уставки» ωкэу не более чем на ±Δωкэизм рад/с. Где Δωкэизм=0.2 рад/с.

Зависимость ωкэушзх·α приведена на фиг.5.

3.3 Регулирование угловых скоростей колес

Угловые скорости всех колес регулируются САУ, равными «уставки» УСЭК с поправкой на KViрк, γп) с точностью регулирования не хуже ±0.1 рад/с от уставочного значения ωкiу:

То есть все ωкiу равны между собой с погрешностью регулирования ±0.1 рад/с и равны ωкэизм, которая, в свою очередь, выставляется САУ по ωкэу с погрешностью регулирования ±Δωкэизм рад/с (ωкэизмкэy±Δωкэизм рад/с).

При выходе значения угловой скорости любого колеса ωkiизм (реального значения) за верхнее ограничение допуска (более чем +0.1 рад/с от ωкiу) САУ уменьшает подведение к его ТЭД электрической мощности до вхождения ωкiизм в допускаемый коридор (вплоть до полного отключения), после этого продолжать подведение мощности к данному колесу. При выходе значения угловой скорости любого колеса ωкiизм за нижнее ограничение допуска (менее чем -0.1 рад/с от ωкiу) САУ увеличивает подведение к его ТЭД электрической мощности до вхождения ωкiизм в допускаемый коридор.

1. Способ управления многоприводной электрической трансмиссией многоосной колесной машины, заключающийся в задании водителем в зависимости от угла отклонения педали управления и режима движения потребной скорости движения колесной машины, определении значения уставки угловой скорости эквивалентного колеса (УСЭК), под которой понимается угловая скорость жесткого колеса идеальной геометрии, находящегося по середине базы на продольной оси симметрии машины и плоскость вращения которого совпадает с вектором мгновенной скорости данной точки машины УСЭК, измерении текущей угловой скорости тягового электродвигателя (ТЭД) каждого колеса, регулировании угловых скоростей всех колес так, чтобы они были равны уставке УСЭК с поправкой на коэффициент корректировки угловых скоростей ТЭД, зависящий от угла поворота рулевого колеса и положения задатчика полюса поворота, причем при выходе реального значения угловой скорости любого колеса за верхнее ограничение допуска уменьшают электрическую мощность, подводимую к ТЭД колеса до вхождения в допускаемый коридор, а при выходе значения угловой скорости любого колеса за нижнее ограничение допуска увеличивает подведение к ТЭД колеса электрической мощности до вхождения в допускаемый коридор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коррекцию угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес осуществляют в заданном промежутке времени.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают несколько зависимостей угловой скорости вращения тягового электродвигателя колес от положения органа управления потребной скоростью движения колесной машины, переключения между которыми осуществляют автоматически по заданному алгоритму.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что корректировку угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей каждого колеса при буксовании колеса осуществляют в сторону уменьшения угловой скорости до прекращения буксования, используя в качестве контролируемой величины значение отношения продольного ускорения корпуса колесной машины к угловому ускорению каждого из колес.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам управления, и может быть использовано для управления группой электродвигателей в насосных и компрессорных станциях на магистральных газонефтепроводах, на машиностроительных, металлургических и др.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах механизмов, в химической и металлургической промышленности. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в опорно-поворотных устройствах различного назначения, металлообрабатывающих станках, механизмах металлургического производства и т.п.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться в электроприводе при автоматизации технологических процессов для управления группой параллельно работающих асинхронных электродвигателей.

Изобретение относится к области автоматизированного электропривода и может быть использовано для управления группой параллельно работающих асинхронных электроприводов водяных насосов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах, снабженных электродвигателями для магистральных насосов НПС МН. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения последовательной круговой циклической работы центробежных вибраторов, применяемых для очистки от налипания на стенках бункеров сыпучих материалов при их переработке.

Изобретение относится к области энерготехники и может быть использовано в экскаваторных электроприводах. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться при автоматизации технологических процессов для управления группой параллельно работающих асинхронных электроприводов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения последовательной круговой циклической работы центробежных вибраторов, применяемых для очистки от налипания на стенках бункеров сыпучих материалов при их переработке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для приведения в действие транспортного средства. .

Изобретение относится к способу управления транспортным средством. .

Изобретение относится к области организации безопасного управления движением грузовых поездов, а именно - к способу автоматического регулирования скорости движения поезда и устройству для его реализации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности и на электрифицированных железных дорогах для управления вектором электродвигателя переменного тока с использованием обратного преобразователя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в транспортном средстве с электрическим приводом, обеспечивающим подачу и прием электроэнергии между устройством накопления электроэнергии и источником питания или электрической нагрузкой вне транспортного средства.

Изобретение относится к средствам управления тяговыми электроприводами постоянного тока электровозов. .

Изобретение относится к установке эксплуатационных характеристик локомотивов перед входом в туннель. .

Изобретение относится к технике управления тягой и торможением электроподвижных средств переменного тока. .

Изобретение относится к области управления параметрами и механическими характеристиками электродвигателей переменного тока. .

Изобретение относится к области транспорта и предназначено преимущественно для использования в системах управления движением рельсовых транспортных средств. .

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано на подвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями

Изобретение относится к области колесных транспортных средств

Наверх