СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в конструкциях быстроходных гусеничных машин с дискретными свойствами системы управления поворотом и оснащенных навигационной системой, реализующих технологию спутникового позиционирования (GPS/Глонасс).
Система управления существующих гусеничных машин представляет собой совокупность механизма поворота и приводов управления, с помощью которых водитель осуществляет управление машиной.
Например, система управления движением БМП-2 с дискретными свойствами, (аналог, Боевая машина пехоты БМП-2 Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М: Военное издательство МО СССР, 1987 -рис.125 стр.89.), состоящая из командного органа (штурвала), планетарных механизмов поворота каждого борта машины, состоящих из эпицикла, водила и солнечных шестерен. Эпициклы планетарных механизмов соединяются с выходным валом коробки передач, а водила - через бортовой редуктор с ведущими колесами. Механизм поворота включает так же три фрикционных элемента управления блокировочным фрикционом, тормозами поворота и остановочным, управляемые бустерами. Недостаток данной системы состоит в том, что при движении по дорогам с мало деформируемым основанием (асфальт, бетон, мерзлый грунт) с ограниченными сцепными свойствами и интенсивным изменением кривизны, на тестовых трассах «змейка», «переставка» и «затяжной поворот» скоростные качества БГМ оснащенных СУП с дискретными свойствами ограничены и не превышают 36…38 км/ч. Это связано с невозможностью плавного регулирования кривизны траектории, углового ускорения, компенсации отклонения траектории. При этом увеличивается интенсивность управляющей деятельность водителя, число включений СУП (подруливаний) на километр пути возрастает в 6…9 раз достигая 96. В связи с этим компенсирующее управление водителя эффективно при скорости меньшей 36 км/ч.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемого результата является система управления движением БГМ с дискретными свойствами является система управления движением быстроходной гусеничной машины по патенту РФ №156493 от 14 октября 2015 г. на полезную модель (прототип).
Система включает командный орган (штурвал), планетарных механизмов поворота каждого борта машины, состоящих из эпицикла, водила и солнечных шестерен. Эпициклы механизмов поворота соединяются с выходным валом коробки передач, а водило через бортовой редуктор с ведущими колесами. Управление механизмом осуществляется тремя фрикционными элементами: блокировочным фрикционом, тормозами поворота и остановочным. Новизна системы состоит в том, что командный орган (штурвал) соединен с датчиком угла поворота, выход которого соединен с бортовым компьютером и клапанной коробкой гидроуправления. Клапанная коробка гидравлически соединена с бустерами управления фрикционом блокировки и тормозом остановочным непосредственно, а тормоза поворота через пропорциональный клапан управляемого бортовым компьютером. С входом бортового компьютера соединены датчики оборотов двигателя и угловой скорости поворота машины, а выход бортового компьютера соединен с датчиком угловой скорости, а также с механизмами управления подачей топлива, переключением передач.
2
1
Недостаток данной системы заключается в том, что при движении машины с большой скоростью по твердому грунту с низкими сцепными свойствами нарушается устойчивость, при которой движение является трудно управляемым. Для обеспечения безопасности движения и повышения точности траектории водитель снижает скорость движения, что приводит к недоиспользованию потенциальных скоростных свойств. Для повышения быстроходности машины необходимо придать характеристике системы управления поворотом свойство, обеспечивающее положительность разности частных производных момента сопротивления и поворачивающего по кривизне. Это условие может быть обеспечено соответствующим регулированием энергосилового блока (частоты вращения турбины путем разблокировки гидротрансформатора и перевода двигателя на регуляторную ветвь). Это обеспечивает создание функции силы тяги Р на гусенице забегающего борта из условия обеспечения устойчивости. Соответствующее регулирование силы тяги на отстающей гусенице достигается при выполнении предлагаемым механизмом управления тормоза поворота, например, с помощью передачи «шарик-лунка», управляемой шаговым электродвигателем. При этом представляется возможным регулировать силу тяги на отстающей гусенице Р из условия обеспечения требуемой зависимость .
Функциональная схема предлагаемой системы управления движением приведена на фиг. 1 (для одного борта).
Система включает командный орган (штурвал) 1, планетарный механизм поворота (ПМП) каждого борта машины, состоящий из эпицикла 2, кинематически соединенным с выходным валом коробки передач, солнечной шестерни 3, водила 4, соединенного через бортовой редуктор 5, с ведущим колесом 6. ПМП также включает три фрикционных элемента управления: блокировочный фрикцион 7, тормоз поворота 8 и тормоз остановочный 9, соответственно и бустеры управления фрикционом блокировки 10, и тормозом остановочным 11, а тормоз поворота 8 управляется шаговым электродвигателем 12. Командный орган 1 кинематически соединен с датчиком 13 угла поворота штурвала, выход которого соединен с входом бортового компьютера 14. Выход бортового компьютера 14 соединен с блоком управления клапанной коробкой 15, а также с датчиком 16 угловой скорости поворота машины, установленным на ее корпусе. Клапанная коробка управления 15 гидравлически соединена с бустерами управления: 10 фрикционом блокировки, и 11 тормозом остановочным непосредственно. Управления тормозом поворота 8 осуществляется шаговым электродвигателем 12 через передачу «шарик-лунка». Для образования этой передачи в конструкцию тормоза поворота 8 дополнительно введен нажимной диск 17, соединенный через шлицы с неподвижным барабаном тормоза поворота 8, а также диск поворотный 18.
В объеме обоих дисков 17 и 18 равномерно по окружности выполнены лунки переменной глубины. Между дисками в лунках установлены шарики 19, расположенные в сепараторе 20. На окружности поворотного диска 17 выполнен зубчатый сектор, который вводится в зацепление с зубчатой шестерней управления 21, соединенной механически с шаговым электродвигателем 12, который управляется бортовым компьютером 14 через драйвер 27. С входом бортового компьютера 14 соединены через цифровую CAN-шину данных спутниковая навигационная система 28, так же соединены датчики оборотов двигателя 22, положение педали подачи топлива 23, и датчика угловой скорости 16 поворота корпуса машины. Выход бортового компьютера соединен с блоком управления механизма переключения передач 24, подачей топлива 25, блокировкой гидротрансформатора 26 и драйвер шагового электродвигателя 27.
з
Работает предлагаемая система следующим образом. При скорости движения машины до 36 км/ч управление поворотом осуществляется водителем. При больших значениях скорости траектория движения корректируется предлагаемой системой. В процессе прямолинейного движения БГМ угол поворота штурвала 1 равен нулю. В этом режиме фрикцион блокировки 7 включен, а тормоз поворота 8 и тормоз остановочный 9 выключены. Эпициклические шестерни 2 ПМП обоих бортов заблокированы с солнечными шестернями 3 и все элементы ПМП вращаются как единое целое. Заданная угловая скорость ω равна нулю. При возникновении увода быстро движующейся машины, или угловых колебаний корпуса вокруг вертикальной оси величина отклонения угловой скорости Δω измеряется датчиком угловой скорости 16. Это значение вводится в бортовой компьютер 14, который вырабатывает сигнал компенсирующего управления. При этом клапанная коробка 15 включает магистраль управления серводвигателя 10 блокировочного фрикциона 7 на слив, выключая его. Для компенсации отклонения траектории и угловой скорости бортовой компьютер 14 подает сигнал блок управления шаговым электродвигателем 12. Шаговый электродвигатель 12 поворачивает сектор управления 21, соответственно, благодаря зубчатому зацеплению поворотный диск 18 и через шарики 19 и нажимной диск 17 включает пакет дисков тормоза поворота 8 в режим частичного включения забегающего борта машины на время до компенсации увода или стабилизации прямолинейного движения (Δω=0).
Для поворота машины водитель с упреждением поворачивает штурвал 1. Этот командный сигнал через бортовой компьютер 14 передается через золотниковую коробку 15 в серводвигатель 10 управления блокировочным фрикционом ПМП отстающего борта. Клапанная коробка 15 включая магистраль на слив, выключая блокировочный фрикцион 7. Кроме того, управляющий сигнал бортового компьютера подается на блок управления серводвигателя 12, который поворачивает сектор управления 21, через передачу «шарик-лунка» включает тормоз поворота 8, снижая скорость вращения солнечной шестерни 3, что приводит к снижению скорости вращения ведущего колеса 6 отстающего борта и гусеничная машина входит в поворот.
П
П
З
В дальнейшем, при движении с постоянной угловой скоростью, в бортовом компьютере проверяется условие устойчивости движения машины по выполнению неравенства . Параметры входящие в неравенство определяются в бортовом компьютере 14 следующим образом. Величина поворачивающего момента М определяется по сигналам электронной системы дизельного двигателя с учетом передаточного числа трансмиссии и системы управления поворотом. Кривизна траектории движения машины k определяется по экспериментально измеренным значениям углов увода θ крайних (передних (θ) и задних (θ) опорных катков)  L - длинна опорной поверхности машины.
i
i
t
n
t
n
-1
Момент сопротивления повороту . В этом уравнении коэффициент сопротивления боковому уводу  i-ой оси опорных катков (i=1…n) определяется по значениям углов увода θ. Продольная координата l i-ой оси относительно центра масс машины задается по КД ходовой части. Продольное смещение полюса поворота машины χ определяется по уравнению χ=k(arctang(a/a)), где a, а - соответственно тангенциальное и нормальное ускорения корпуса машины измеряемые системой навигации.
При не выполнении условия устойчивости приведенного выше система управления создает управляющее воздействие на разблокировку гидротрансформатора, перевода двигателя на регуляторную ветвь, а также подает сигнал на шаговый электродвигатель 12 для уменьшения степени сжатия фрикционного пакета тормоза поворота, для обеспечения условий устойчивости.
При выходе из поворота машины система выключает тормоз поворота 8, а затем включает блокировочный фрикцион 7, и машина выходит на режим прямолинейного движения.
Таким образом, предлагаемая система управления движением БГМ позволяет повысить устойчивость и управляемость движения машины без снижения скорости на дорогах с интенсивным изменением кривизны траектории, соответственно повысить степень реализации потенциальных скоростных свойств машины, снизить уровень требования к квалификации водителя и его утомляемость.