УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
Полезная модель относится к моделирующим устройствам и может быть использована в тренажерах для обучения механиков-водителей гусеничных машин, а также в исследовательских целях, предназначенных для изучения и анализа процессов, происходящих при движении гусеничной машины.
Известно устройство для моделирования динамики движения гусеничной машины, (Авторское свидетельство СССР №883929,МПК G06G7/70, 1979) содержащие блок моделирования двигателя, блок моделирования левого гусеничного движителя, блок моделирования правого гусеничного движителя, блок ввода параметров грунта (датчик вида грунта).
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому, является устройство для моделирования движения гусеничной машины, (Патент РФ №2165646, МПК7 G09B 9/04, 1999) содержащие блок моделирования двигателя, блок моделирования левого гусеничного движителя, блок моделирования правогогусеничного движителя, блок ввода параметров грунта (датчик вида грунта).
Известные технические решения имеют ряд недостатков отмеченных ниже.
1. Не моделируется работа пускового устройства.
2. Отсутствует моделирование нагрузки на двигатель со стороны трансмиссии, что существенно снижает качество моделирования, а именно адекватность модели реальному объекту.
3. Не учитывается влияние положения органов управления движением гусеничной машины на работу модели движения.
4. Отсутствует возможность моделировать движение танков типа T-72 и T-90 (конструктивное исполнение этих танков в плане подвижности одинаково, отличаются они только отдельными количественными параметрами), т.к. структура модели приведенная в аналогах не соответствует структуре указанных танков.
Общим техническим результатом заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей и повышение качества моделирования за счет устранения указанных недостатков аналогов и прототипа.
Этот технический результат достигается тем, что известное устройство, содержащее блок моделирования двигателя, блок моделирования левогогусеничного движителя, блок моделирования правого гусеничного движителя, блок ввода параметров грунта отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок ввода положения органов управления, блок моделирования пускового устройства, блок моделирования гитары, блок моделирования левой коробки передач, блок моделирования системы управления, блок моделирования правой коробки передач, блок моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, блок моделирования внешних сил и моментов, блок ввода параметров грунта, группа выходов которого соединена с группой входов блока моделирования внешних сил и моментов, группа выходов которого соединена с группой входов блока моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, первый выход которого соединен с первым входом блока моделирования внешних сил и моментов, второй и третий входы последнего одновременно соединены с первыми и вторыми входами блока моделирования левого гусеничного движителя, блока моделирования правого гусеничного движителя и вторым и третьим выходами блока моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, первый и второй входы которого одновременно соединены с первыми входами блока моделирования левой коробки передач и блока моделирования правой коробки передач и соответственно с выходами блока моделирования левого гусеничного движителя, блока моделирования правого гусеничного движителя третьи входы последних соответственно соединены с первыми выходами блока моделирования левой коробки передач и блока моделирования правой коробки передач, вторые выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока моделирования гитары, первый выход которого одновременно соединен с входом блока моделирования системы управления и вторыми входами блока моделирования левой коробки передач и блока моделирования правой коробки передач, группы входов которых соответственно соединены с первой и второй группами выходов блока моделирования системы управлениям группа входов которой соединена с первой частью группы выходов блока ввода положения органов управления, вторая часть выходов из этой группы соединена с группой входов блока моделирования пускового устройства, выход которого соединен с первым входом блока моделирования двигателя, выход которого одновременно соединен с входом блока моделирования пускового устройства и третьим входом блок моделирования гитары, второй выход которой соединен со вторым входом блока моделирования двигателя, а его группа входов соединена с третьей частью группы выходов блока ввода положения органов управления.
На фиг. 1 изображена схема устройства.
Устройство содержит: блок ввода положения органов управления 1, блок моделирования пускового устройства 2, блок моделирования двигателя 3, блок моделирования гитары 4, блок моделирования левой коробки передач 5, блок моделирования системы управления 6, блок моделирования правой коробки передач 7, блок моделирования левого гусеничного движителя 8, блок моделирования правого гусеничного движителя 9, блок моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом 10, блок моделирования внешних сил и моментов 11, блок ввода параметров грунта 12.
На фиг. 2 изображен пример выполнения блока1 ввода положения органов управления.
На фиг. 3 изображен пример выполнения блока 12 ввода параметров грунта.
Устройство для моделирования движения гусеничной машины, содержащее блок 3 моделирования двигателя, блок 8 моделирования левого гусеничного движителя, блок 9 моделирования правого гусеничного движителя, блок 12 ввода параметров грунта отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок 1 ввода положения органов управления, блок 2 моделирования пускового устройства, блок 4 моделирования гитары, блок 5 моделирования левой коробки передач, блок 6 моделирования системы управления, блок 7 моделирования правой коробки передач, блок 10 моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, блок 11 моделирования внешних сил и моментов, блок 12 ввода параметров грунта, группа выходов которого соединена с группой входов блока 11 моделирования внешних сил и моментов, группа выходов которого соединена с группой входов блока 10 моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, первый выход которого соединен с первым входом блока 11 моделирования внешних сил и моментов, второй и третий входы последнего одновременно соединены с первыми и вторыми входами блока 8 моделирования левого гусеничного движителя, блока 9 моделирования правого гусеничного движителя и вторым и третьим выходами блока 10 моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, первый и второй входы которого одновременно соединены с первыми входами блока 5 моделирования левой коробки передач и блока 7 моделирования правой коробки передач и соответственно с выходами блока моделирования левого гусеничного движителя, блока моделирования правого гусеничного движителя третьи входы последних соответственно соединены с первыми выходами блока 5 моделирования левой коробки передач и блока 7 моделирования правой коробки передач, вторые выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока 4 моделирования гитары, первый выход которого одновременно соединен с входом блока 6 моделирования системы управления и вторыми входами блока моделирования левой коробки передач и блока моделирования правой коробки передач, группы входов которых соответственно соединены с первой и второй группами выходов блока 6 моделирования системы управления, а группа входов которой соединена с первой частью группы выходов блока 1 ввода положения органов управления, вторая часть выходов из этой группы соединена с группой входов блока 2 моделирования пускового устройства, выход которого соединен с первым входом блока 3 моделирования двигателя, выход которого одновременно соединен с входом блока 2 моделирования пускового устройства и третьим входом блока 4 моделирования гитары, второй выход которой соединен со вторым входом блока 3 моделирования двигателя, а его группа входов соединена с третьей частью группы выходов блока ввода положения органов управления.
Блок 1 ввода положения органов управления содержит: аналоговые датчики органов управления 13, дискретные датчики органов управления 14, аналого-цифровой преобразователь 15, преобразователь уровня сигнала 16, микроконтроллер 17.
В качестве аналоговых датчиков органов управления 13 могут быть использованы, например потенциометры, а в качестве дискретных датчиков - кнопки тумблера и переключатели.
Микроконтроллер 17 обеспечивает преобразование уровней сигнала с элементов 15 и 16 в машинные переменные. В данном примере выполнения блока 1, на выходе последнего формируются следующие переменные:
Дискретные органы управления:
VB - параметр, определяющий включение выключателя аккумуляторных батарей, значение 0 - отключено, 1 - включено;
St - параметр, определяющий включение кнопки стартера, значение 0 - отключено, 1 - включено;
TK - параметр, определяющий включение топливного крана, значение 0 - закрыт, 1 - открыт;
hrpp - параметр, определяющий положение рычага переключателя скоростей в избирателе передач, при включении передачи заднего хода hrpp=-1, при включении нейтрали hrpp=0, при включении 1-7 передачи hrpp принимает значении от 1 до 7.
Аналоговые органы управления(педали):
Педаль отпущена, значение h переменной равно нулю, при нажатии на педальзначение переменной h линейно изменяется пропрционально его перемещению от 0 до 1.
hg - параметр, определяющий положение педали подачи топлива;
hsc - параметр, определяющий положение педали сцепления;
htor - параметр, определяющий положение педали тормоза.
Аналоговые органы управления(рычаги поворота).
Рычаг в исходном положении, значение hr равно нулю, при повороте рычага значение переменной hr линейно изменяется пропрционально его перемещению от 0 до 1.
hrL - параметр, определяющий положение левого рычага поворота;
hrP - параметр, определяющий положение правого рычага поворота.
Блоки, образующие предлагаемое устройство для моделирования, могут быть выполнены, например, на основе программно-аппаратного комплекса в виде одного или нескольких персональных компьютеров, объединенных в локальную вычислительную сеть, реализующие следующие зависимости по блокам.
Блок 2 моделирования пускового устройства может быть выполнен, например, в виде: модуля вычисления тока стартера Ist, возникающего при пуске двигателя и модуля вычисления пускового момента Mp, приложенного к коленчатому валу двигателя при его пуске.
Модуль вычисления тока стартера Ist решает уравнение:
Ist=VB∗St∗(Uab-Cst∗Wd)/Rs,
где VB - параметр, определяющий включение выключателя аккумуляторных батарей;
St - параметр, определяющий включение кнопки стартера;
Uab - напряжение на клеммах аккумуляторной батареи;
Cst - конструктивная постоянная электрической машины, в данном случае стартера;
Wd - частота вращения коленчатого вала двигателя;
RS - актвное сопротивление якоря стартера.
Модуль вычисления пускового момента Mp решает уравнение Mp=Cst∗Ist.
где Mp - пусковой момент, приведенный к коленчатому валу двигателя.
Блок 3 моделирования двигателя может содержать: модуль вычисления индикаторного момента Mi двигателя, модуль вычисления момента механических потерь Mmt двигателя, модуль вычисления эффективного момента Me двигателя, модуль вычисления углового ускорения dWd коленчатого вала двигателя и интегратор.
Модуль вычисления индикаторного момента Mi двигателя решает уравнение:
2
Mi=TK∗ (-0.03∗Wd+12∗Wd+2454)∗hg,
где TK - параметр, определяющий включение топливного крана, значение 0 - закрыт, 1 - открыт;
Wd - частота вращения коленчатого вала двигателя;
hg - параметр, определяющий параметр педали подачи топлива.
Модуль вычисления момента механических потерь Mmt двигателя решает уравнение:
2
Mmt=-0.015∗Wd+1.5∗Wd-349,
Модуль вычисления эффективного момента Me двигателя решает уравнение:
Me=(Mi+Mmt).
Модуль вычисления углового ускорения dWd/dt решает уравнение:
где dWd - производная по времени от переменной Wd, т.е. угловое ускорение коленчатого вала двигателя;
Jd - суммарный момент инерции вращающихся частей, приведенных к коленчатому валу двигателя;
kdg - коэффициент передачи гитары;
Mp - пусковой момент от блока 2 моделирования пускового устройства;
Mgit - момент на валу гитары, воздействующий на вал двигателя.
С помощью интегратора осуществляется интегрирование переменной dWd по времени, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная Wd, определяющая частоту вращения коленчатого вала двигателя.
Блок 4 моделирования гитары может содержать: модуль вычисления производной по времени dMgit/dt от момента Mgit, передаваемого гитарой, первый интегратор, модуль вычисления углового ускорения dWgit/dt выходного вала гитары, второй интегратор.
Модуль вычисления производной по времени dMgit/dt от момента Mgit решает уравнение:
где Cgit - суммарная жесткость цепи входной вал гитары - входной вал бортовой коробки передач;
Wd - частота вращения коленчатого вала двигателя;
kdg - коэффициент передачи редуктора гитары;
Wgit - частота вращения выходного вала гитары.
С помощью первого интегратора осуществляется интегрирование переменной dMgit/dt по времени, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная Mgit, определяющая момент передаваемый гитарой.
Модуль вычисления углового ускорения dWgit/dt решает уравнение:
где Jgit - суммарный момент инерции вращающихся частей гитары;
MkP - частота вращения коленчатого вала двигателя;
MkL - коэффициент передачи редуктора гитары.
С помощью второго интегратора осуществляется интегрирование переменной dWgit по времени, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная Wgit, определяющая частоту вращения выходного вала гитары.
Блок 5 (7) моделирования левой (правой) коробки передач содержит: модуль вычисления производной по времени dMukL(P)/dt от момента упругих сил MukL(P), возникающих влевой (правой) коробке передач, первый интегратор, управляемый ограничитель, модуль вычисления углового ускорения dWvkL(P) левого (правого) ведущего колеса, второй интегратор.
Модуль вычисления производной по времени dMukL(P)/dt от момента упругих сил MukL(P),решает уравнение:
где Cкр - суммарная жесткость цепи входной вал левой коробки передач - ведущее колесо левого борта;
Wgit - частота вращения входного вала левой (правой) коробки передач;
WvkL(P) - частота вращения левого (правого) ведущего колеса;
iL(P) - передаточное число входной вал левой (правой) коробки передач -ведущее колесо.
С помощью первого интегратора осуществляется интегрирование переменной dMukL(P)/dt по времени, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная MukL(P), определяющая упругий момент, возникающий в левой (правой)коробке передач. Далее эта переменная с помощью ограничителя ограничивается значением переменной PbusL(P) пропорциональной величине давления, создаваемого бустером (гидроцилиндром) обобщенного фрикционалевой (правой) бортовой коробки передач. На выходе ограничителя формируется переменная MkL(P), пропорциональная крутящему моменту, передаваемому левой (правой)коробкой передач с учетом буксования обобщенного фрикциона.
Модуль вычисления углового ускорения dWvkL(P)/dt левого (правого) ведущего колеса решает уравнение:
где JvkiL - момент инерции, приведенный к левому (правому) ведущему колесу;
iL(P) - передаточное число входной вал левой (правой) коробки передач - ведущее колесо;
MkL(P) - момент, передаваемый обобщенным фрикционом левой (правой)коробки передач;
MtL(P) - тормозной момент от остановочного тормоза, приведенный к левому (правому)ведущему колесу;
Rvk - радиус ведущего колеса;
TL(P) - сила тяги левого (правого) гусеничного движителя.
С помощью второго интегратора осуществляется интегрирование переменной dWvkL/dt, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная WvkL, пропорциональная частоте вращения левого ведущего колеса.
Блок 6 моделирования системы управления, например, содержит: модуль вычисления переменной Pmn, пропорциональной давлению масла, создаваемому масляным насосом, ограничитель, модуль вычисления переменной PbusL, пропорциональной давлению масла в бустере обобщенного фрикциона левой коробки передач, модуль вычисления переменной PbusP, пропорциональной давлению масла в бустере обобщенного фрикциона правой коробки передач, модуль вычисления управляющих переменных.
Модуль вычисления переменной Pmn решает уравнение:
Pmn=Kmn∗Wgit,
где Pmn - давление масла, создаваемое масляным насосом;
Kmn - размерный коэффициент;
Wgit - частота вращения выходного вала гитары.
Ограничитель, ограничивает переменную Pmn, значением Pkl - переменная описывающая значение давления при котором срабатывает перепускной клапан, установленный в магистрали гидроуправления. В результате формируется переменная Pmu, пропорциональная давлению в магистрали гидроуправления.
Модули вычисления переменных PbusL и PbusP, пропорциональные давлению масла в бустерах обобщенного фрикционов соответственно левой и правой коробок передач.
PbusL=zic∗(1-hsc)∗XrL∗Pmu,
PbusP=zic∗(1-hsc)∗XrP∗Pmu,
где zic - переменная принимающая значение равное нулю при включении рычага переключения передач в нейтральное положение и единице при включении любой передачи;
hsc - параметр, определяющий положение педали сцепления, принимающий значение ноль при отпущенной педали и единица при выжатой педали;
XrL(P) - параметр, определяющий положение органа управления левого (правого) рычага поворота в зависимости от его перемещения;
Pmu - давление масла в магистрали управления.
Модуль вычисления управляющих переменных, описывается на функциональном уровне, т.к. его полное математическое описание слишком громоздко и затруднит понимание работы модели.
Данный модуль описывает следующие функциональные зависимости:
zic=F(hrpp), XrL=F((hrpp,hrL), XrP=F(hrpp,hrP), iL=F(hrpp,XrL), iP=F(hrpp,XrP), MtL=F(htor,hrL), MtP=F(htor,hrP),
Зависимость zic=F(hrpp),
где zic - переменная принимающая значение равное нулю при включении рычага переключения передач в нейтральное положение и равное единице при включении любой передачи;
hrpp - переменная, определяющая номер передачи, которая установлена рычагом переключения передач в избирателе переключения передач.
Зависимости XrL=F(hrpp,hrL) и XrP=F(hrpp,hrP)
где hrL(hrP). - параметр, определяющий положение левого (правого) рычага поворота
XrL(XrP) - относительное положение органа управления левого (правого) рычага поворота в зависимости от его перемещения. Данная зависимость для всех передач, кроме первой и передаче заднего хода, реализует в исходном положении hrL=0 при этом XrL=1, при повороте левого рычага примерно до середины его хода hrL=0.5 значение XrL монотонно убывает до нуля, при дальнейшем повороте рычага XrL=0. После поворота рычага примерно на 3/4 хода, значение XrL монотонно возрастает, при полном повороте рычага значение XrL=1. При включении первой передачи или передачи заднего хода, данная зависимость реализует в исходном положении hrL=0 при этом XrL=1, при повороте левого рычага примерно до середины его хода hrL=0.5 значение XrL монотонно убывает до нуля, при дальнейшем повороте рычага XrL=0.
Зависимости iL=F(hrpp,hrL), iP=F(hrpp,hrP),
где iL(iP) - передаточное число входной вал левой (правой) коробки передач - левое (правое) ведущее колесо;
hrpp - переменная, определяющая номер передачи, которая установлена рычагом переключения передач в избирателе переключения передач;
hrL(hrP). - параметр, определяющий положение левого (правого) рычага поворота.
Данная функция определяет передаточное число iL(iP) в зависимости от положения hrpp рычага переключения передач в избирателе и положения рычага поворота hrL(hrP). Если рычаги положения находятся в исходном положении, то значения iL(iP)соответствует той передачи, которая установлена в избирателе. Если один или оба рычага повернуты на угол более половины хода рычага, то передаточное число в коробке (коробках) передач соответствует передаче на номер ниже. Зависимости MtL=F(htor,hrL), MtP=F(htor,hrP),
где MtL(MtP) - тормозной момент, приложенный к левому (правому) ведущему колесу;
htor - параметр, определяющий положение педали тормоза;
hrL(hrP) - параметр, определяющий положение левого (правого) рычага поворота.
При исходном положении рычагов поворота hrL=hrP=0, значение тормозного момента определится MtL=MtP=Kt∗htor, где Kt - размерный коэффициент. Если включена первая передача или передача заднего хода, то MtL=Kt∗hrL при его ходе более 0.7.
Блок 8 и 9 моделирования левого и правогогусеничных движителей может содержать: модуль вычисления производной по времени dTuL(P) от упругой силы TuL(P), возникающей в рабочей ветви левого (правого) гусеничного движителя, интегратор, управляемый ограничитель.
Модуль вычисления производной по времени dTuL/dt от упругой силы TuL решает уравнение:
где Cг - линейная жесткость рабочей ветви гусеничного движителя;
Rvk - радиус ведущего колеса;
WvkL(P) - частота вращения левого (правого) ведущего колеса;
Vx - продольная линейная скорость машины, в связанной с центром тяжести, системе координат;
Wm - угловая скорость поворота машины;
B - расстояние между центрами левого и правого гусеничных движителей.
С помощью интегратора осуществляется интегрирование переменной dTuL по времени, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная TuL, определяющая упругую силу, возникающую в левом гусеничном движителе. Далее эта переменная с помощью ограничителя ограничивается значением переменной FccL, пропорциональной силе сцепления левого гусеничного движителя с грунтом. На выходе ограничителя формируется переменная TL, пропорциональная силе тяги, развиваемой левым гусеничным движителем.
Блок 10 моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом содержит: модуль вычисления продольного ускорения dVx/dt, первый интегратор, модуль вычисления углового ускорения dWm/dt при повороте, второй интегратор, модуль вычисления поперечного ускорения dVy/dt, третий интегратор.
Модуль вычисления продольного ускорения dVx/dt решает уравнение:
где m - масса гусеничной машины;
TL(TP) - силы тяги развиваемые левым (правым) гусеничным движителем;
FxL(FxP) - силы сопротивления прямолинейному движению прикладываемые к левому (правому) гусеничным движителем;
Cx - составляющая ценробежной силы, действующая в продольном напрввлении.
Модуль вычисления углового ускорения dWm/dt при повороте:
где Jz - момент инерции массы гусеничной машины относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести машины;
TL(TP) - силы тяги развиваемые левым (правым) гусеничным движителем;
B - расстояние между центрами левого и правого гусеничных движителей;
Mcp - момент сопротивления повороту.
Модуль вычисления поперечного ускорения dVy/dt решает уравнение:
m - масса гусеничной машины;
Cy - составляющая ценробежной силы, действующая в поперечном напрввлении;
Fy - сила сопротивления поперечному скольжению гусеничных движителей.
С помощью интеграторов осуществляется интегрирование ускорений dVx/dt, dWm/dt, dVy/dt, в результате чего на выходе каждого интегратораформируются переменные пропорциональные Vx, Wm, Vy соответственно линейной скорости машины, угловой скорости поворота и боковой скорости скольжения.
Блок 11 моделирования внешних сил и моментов может быть представлен: модулями вычисления сил FxL, FxP сопротивления прямолинейному движению соответственно левого и правого гусеничного движителя, модулями вычисления сил FccL, FccP сцепления с грунтом соответственно левого и правого гусеничного движителя, модулем вычисления mu текущего значения коэффициента сопротивления повороту, модулем вычисления Fy значения силы сопротивления поперечному перемещению опорной поверхности гусеничного движителя, модулем вычисления значения Mcp момента сопротивления повороту гусеничной машины, модулями вычисления поперечной Cy и продольной Cx составляющих центробежной силы, возникающей при повороте.
Модули вычисления сил FxL, FxP сопротивления прямолинейному движению решают уравнения:
FxL=fcL∗(0.5∗m∗g+Cy∗h/B),
FxP=FcP∗(0.5∗m∗g-Cy∗h/B),
где fxL(fxP) - коэффициент сопротивления прямолинейному движению левого (правого) гусеничного движителя;
m - масса гусеничной машины;
g - ускорение свободного падения;
Cy - поперечной составляющей Cy центробежной силы;
h - высота центра тяжестигусеничной машины;
B - расстояние между центрами левого и правого гусеничных движителей.
Модули вычисления сил FccL, FccP сцепления с грунтом решают уравнения:
FccL=fimaxL∗(0.5∗m∗g+Cy∗h/B),
FccP=fimaxP∗(0.5∗m∗g-Cy∗h/B),
где fimax (fimaxP) - коэффициент сцепления с грунтомлевого (правого) гусеничного движителя.
Модуль вычисления mu текущего значения коэффициента сопротивления повороту решает уравнение:
mu=mumax/(0.925+0.075∗Vx/Wm)/(0.5∗B),
где mumax - коэффициент сопротивления повороту при повороте с радиусом равным расстоянию между центрами левого и правого гусеничных движителей;
Vx - продольная линейная скорость машины, в связанной с центром тяжести, системе координат;
Wm - угловая скорость поворота машины;
В - расстояние между центрами левого и правого гусеничных движителей. Модуль вычисления Fy значения силы сопротивления поперечному перемещению опорной поверхности гусеничного движителя решает уравнение:
Fy=m∗g∗mu.
Модуль вычисления значения Mcp момента сопротивления повороту гусеничной машины решает уравнение:
Mcp=0.25∗mu∗m∗g∗L,
где L - длина опорной поверхности гусеничных движителей.
Модули вычисления поперечной Cy и продольной Cx составляющих центробежной силы решают уравнения:
Cy=Vx∗Wm,
Cx=Vy∗Wm,
где Vy - боковая скорость скольжения гусеничной машины.
Примера выполнения блока 12 ввода параметров грунта приведен на фиг. 3, он содержит клавиатуру 18, подключенную к компьютеру, базу данных 19 параметров грунта, модуль 20 преобразования.
С помощью определенных клавиш выбирается номер грунта под каждым гусеничным движителем, переменные NL и NP. Эти переменные управляют базой данных 19, в которой каждому номеру грунта под каждым гусеничным движителем соответствует определенный набор параметров, а именно для NL определяются параметры fcL, fimaxL, mumax, для NL определяются параметрый fcP, fimaxP, mumax. Далее с помощью преобразователя 20 эти параметры извлекаются из базы данных и направляются в блок 11 моделирования внешних сил и моментов. Данный пример выполнения приведен при использовании данного устройства в качестве инструмента для исследования процессов, происходящих в машине при ее движении. При использовании данного устройства в составе тренажера вождения танка, вместо клавиатуры может быть использован интерфейс, связывающий модель местности, входящую в состав тренажера, с заявляемой моделью. На выходе интерфейса формируются переменные NL и NP.
Устройство работает следующим образом.
Рассмотрим работу заявляемого устройства при управлении танком T-72Б или T-90.
Для пуска двигателя необходимо включить выключатель батарей при этом переменная VB на выходе блока 1 становится равной 1, затем необходимо нажать кнопку стартера переменная St примет значение равной 1. Тогда на выходе блока 2 вычисляется текущее значение пускового момента Mp, которое поступает на вход блока 3 моделирования двигателя. Эта переменная является первым слагаемым дифференциального уравнение (1) и с помощью модулей входящих в этот блок вычисляется частота вращения коленчатого вала двигателя Wd, раскручиваемого электростартером. Таким образом, устраняется недостаток аналогов и прототипа №1.
При наличии подачи топлива в двигатель (TK=1 и hg>0.1 вычисляются значения Mi и Mmt, на основе которыхформируется значение эффективного момента двигателя Me, которое является вторым слагаемым дифференциального уравнения (1). Третьим слагаемым со знаком минус является переменная Mgit, определяющая значение момента, действующего со стороны гитары в виде нагрузки на двигатель. С помощью интегратора осуществляется интегрирование переменной dWd по времени, в результате на выходе этого интегратора формируется переменная Wd, определяющая частоту вращения коленчатого вала двигателя с учетом нагрузки на двигатель. В результате устраняется недостаток №2.
Для изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя, используется датчик педали подачи топлива, водящий в состав аналоговых датчиков 13, представляющий собой потенциометр напряжение, на движке которого пропорционально положению этой педали. Это напряжение с помощью аналого-цифрового преобразователя 15 преобразуется в цифровой код и далее с помощью микроконтроллера 17 формируется переменная hg, определяющая положение педали подачи топлива. Из уравнений, описанных в блоке 3, очевидно, что изменение переменной hg приведет к изменению индикаторного момента Mi, и как следствие к изменению частоты вращение вала двигателя Wd. Такая же процедура имеет место для остальных органов управления, что позволяет исключить недостаток №3.
С целью обеспечения моделирования движения танков Т-72Б и Т-90 используются следующие моделирующие блоки, определяющие структуру указанных танков, блок 4 моделирования гитары, блок 6 моделирования системы управления, блоки моделирования левой 5 и правой 7 коробок передач. Указанные блоки, в совокупности с остальными блоками позволяют моделировать движение указанных танков.
Переменная Mgit характеризующая момент, передаваемый через гитару, как нагрузку, приведенную к валу двигателя, вычисляется с помощью интегрирования уравнения (2). Переменная Wgit, характеризующая частоту вращения выходных валов гитары вычисляется с помощью интегрирования уравнения (3). Реальная гитара указанных танков имеет два выходных вала жестко связанных между собой, поэтому на вход блоков 5 и 7 подается одна и та же переменная Wgit.
Для начала движения после пуска двигателя необходимо выжать педаль сцепления - переменная hsc примет значение равное 1 и включить передачу, например, вторую - переменная hrpp примет значение равное 2. Переменные характеризующие положения педали тормоза htor и рычагов поворота hrL и hrP равны 0. С помощью блока 6 осуществляется преобразование этих переменных в переменные iL, PbusL, MtL правления левой коробкой передач и в переменные iP, PbusP, MtP управления правой коробкой передач.
При указанном положении органов управления управляющие переменные принимают значения iL=iP=16.95, PbusL=PbusP=0, MtL=MtP=0. В этом случае обе коробки передач не передают крутящий момент, т.к. на управляющем входе ограничителя, каждой коробки передач переменные имеют нулевые значения. В результате частота вращения ведущих колес WvkL=WvkP=0, т.е. танк стоит на месте несмотря на то, что входные валы коробок передач вращаются.
При отпускании педали сцепления переменная hsc линейно изменяется от единицы до нуля. С учетом того, что переменная zic, вычисленная в модуле вычисления управляющих переменных, равна единицы, то значение PbusL=PbusP, вычисляемое модулем вычисления переменной PbusP, изменяются от 0 до Pmu. В результате переменные MkL и MkP возрастают до значения пропорционального давлению в бустерах обобщенных фрикционов. Далее из дифференциальных уравнений (6) и (7) вычисляются значения переменных WvkL и WvkP, определяющие частоту вращения левого и правого ведущих колес. Очевидно, что в этом случае они будут равны.
Эти переменные являются входными для блоков 8 и 9 моделирования левого и правого гусеничных движителей. С помощью модулей вычисления производных по времени dTuL/dt и dTuP/dt, дифференциальные уравнения(8), (9) и интеграторов вычисляются значения упругих сил TuL и TuP в рабочих ветвях гусеничных движителей, которые с помощью управляемых ограничителей ограничиваются значениями сил сцепления левого FccL и правого FccP гусеничных движителей с грунтом. В результате на выходе этих блоков вычисляются переменные, определяющие силы тяги левого TL и правого TP гусеничных движителей. Эти силы являются движущими силами, приводящими танк в движение и силами воздействующим на бортовые коробки передач, как нагрузка со стороны гусеничных движителей. В данном случае TL=TP.
В правой части дифференциального уравнения (10) переменные TL и TP складываются, тогда переменная, определяющая продольное ускорение dVx танка, будет иметь значения отличное от нуля, следовательно, после интегрирования продольная скорость Vx танка будет возрастать, т.е. моделируется его разгон.
В правой части дифференциального уравнения (11) переменные TL и TP вычитаются, т.е. их алгебраическая сумма равна нулю, поэтому переменная, определяющая угловое ускорение поворота танка dWm, будет иметь значения равное нулю, следовательно, и угловая скорость Wm поворота танка также будет равна нулю.
При Wm=0 поперечная составляющая центробежной силы Cy=0. Исходя из дифференциального уравнения (12) очевидно, что поперечное ускорение dVy/dt, а следовательно и поперечная скорость Vy будут равны нулю.
Таким образом, начнется прямолинейное движение танка с разгоном. Разгон будет продолжаться до тех пор, пока правые части дифференциальных уравнений (1)-(12) не станут равными нулю, т.е. пока не наступит равновесие всех моментов и сил, участвующих в моделировании движение танка.
С помощью вычислительных модулей реализующих уравнения (10), (11), (12) и связанных с ними интеграторами блока 10 моделирования взаимодействия гусеничных движителей с грунтом, реализуется дифференциальная связь между скоростями движения танка на плоскости, описываемыми переменными Vx, Vy, Wm. В правых частях дифференциальных уравнений (10), (11), (12) присутствуют внутренние моменты и силы, возникающие за счет энергии сгораемого топлива в двигателе, и внешние силы и моменты, возникающие при взаимодействии танка с внешней средой. Пример формирования внешних сил и моментов осуществляется с помощь блоков 11, 12 и достаточно подробно описан в разделе раскрытия этих блоков.
Для выполнения поворота необходимо повернуть датчик рычага поворота, например левого, при этом переменная hrL будет изменятся от нуля до единицы. С помощью модуля вычисления управляющих переменных блока 6 вычисляется зависимость относительного положения органа управления левого рычага XrL=F(hrpp,hrL) от его перемещения, описанная в разделе раскрытия блока 6 моделирования системы управления. При повороте рычага от исходного до середины хода hrL=0.5, значение XrL изменяется от 1 до 0, при этом значение давления масла в бустере обобщенного фрикциона, вычисляемого модулем вычисления переменной PbusL, будет изменятся от максимального значения, определяемого давлением в системе гидроуправления до нуля. В результате значение переменной MkL, пропорциональной моменту передаваемого обобщенным фрикционом левой бортовой коробки передач снижается до нуля, и как следствие, приводит к снижению угловой скорости ведущего колеса WvkL, вычисляемого в блоке 5.Далее происходит снижение силы тяги TL вычисляемого в блоке 8 левого гусеничного движителя до нуля, т.е. происходит разрыв силовой цепи левого борта, вся мощность от двигателя передается по правому борту. Таким образом, происходит поворот с так называемым свободным радиусом.
При повороте левого рычага, когда переменная hrL станет больше 0.5, a XrL=0, передаточное число левого борта принимает значение iL=31.497 (результат вычисления функции iL=F(hrpp,XrL)).Таким образом на левом борту включается первая передача, но при этом силовая цепь левого борта разомкнута, происходит поворот со свободным радиусом.
После поворота рычага примерно на 3/4 хода, значение XrL монотонно возрастает, до единицы, давления масла в бустере обобщенного фрикциона, вычисляемого модулем вычисления переменной PbusL, будет изменятся отнуля до максимального значения, определяемого давлением Pmu (ограничитель в блоке 6). В результате, значение переменной MkL, будет возрастать, и как следствие, приведет к снижению угловой скорости ведущего колеса WvkL, до скорости соответствующей первой передачи, т.е. происходит включение первой передачи на левом борту. Таким образом, происходит поворот с фиксированным радиусом, соответствующим, в данном случае, второй передаче, включенной в избирателе.
Если в избирателе переключения передач включена первая передача, то в исходном положении рычагов поворота значения переменных iL=iP=31.497, т.е. танк движется на первой передаче.
При повороте рычага от исходного до середины хода hrL=0.5, значение XrL изменяется от 1 до 0, при этом значение давления масла в бустере обобщенного фрикциона, вычисляемого модулем вычисления переменной PbusL, будет изменятся от максимального значения, определяемого давлением Pmu в системе гидроуправления до нуля. В результате значение переменной MkL, пропорциональной моменту передаваемого обобщенным фрикционом левой бортовой коробки передач снижается до нуля, и как следствие, приводит к снижению угловой скорости ведущего колеса Wvk. Далее происходит снижение силы тяги TL вычисляемого в блоке 8 моделирования левого гусеничного движителя до нуля, т.е. происходит разрыв силовой цепи левого борта, вся мощность от двигателя передается по правому борту. В этом случае, происходит поворот со свободным радиусом.
При дальнейшем повороте левого рычага XrL остается равным нулю, т.е. сохраняется разрыв силовой цепи левого борта до конца поворота левого рычага MkL=0. После поворота рычага примерно на 0.7 его хода, в модуле вычисления управляющих переменных вычисляется значение тормозного момента MtL, приведенного к левому ведущему колесу, которое изменяется от нуля при hrL=0.7 и до максимального значения при полном повороте рычага hrL=1. При этом ведущее колесо останавливается, т.е. WvkL=0, следовательно, прекращается линейное перемещение гусеничного движителя. В этом случае осуществляется поворот танка на месте относительно остановленного гусеничного движителя.
Из описания работы заявляемого устройства для моделирования движения гусеничной машины видно, что оно позволяет обеспечить управление при моделировании движения гусеничной машины соответствующее управлению реального танка, в результате чего устраняется недостатки №2 и №4 характерные для известных аналогов.
Таким образом, обеспечивается достижение технического результата - расширение функциональных возможностей и повышение качества моделирования.
Данная модель может быть использована в экипажных тренажерах (ТЭК-184-РДП, ТЭК-184-РДСП, ТВК-184-Д, ТЭК-184-РДП-К, ТЭК-184-РДСП-К, ТВК-184-Д-К, ТЭК-188А1-РДП, ТЭК-188А1-РДСП, ТВК-188А1-Д/ГЭК-188А1-РДП-К, ТЭК-188А1-РДСП-К, ТВК-188А1-Д-К, ТЭК-219Р-РДП, ТЭК-219Р-РДСП, ТВК-219Р-Д/ГЭК-219Р-РДП-К, ТЭК219Р-РДСП-К, ТВК-219Р-Д-К принятого на вооружение в Российской Армии, что подтверждает его промышленную применимость.