Рус Eng Cn Перевести страницу на:  
Please select your language to translate the article


You can just close the window to don't translate
Библиотека
ваш профиль

Вернуться к содержанию

Кибернетика и программирование
Правильная ссылка на статью:

Принцип управления колесным транспортным средством, основанный на рассогласовании скоростей вращения управляющих колес учитывающий влияние хода подвески

Шелеметьев Андрей Михайлович

аспирант, кафедра Информационно-вычислительных систем, Поволжский государственный технологический университет

424000, Россия, республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Shelemetev Andrei Mikhailovich

graduate student, Department of Information and Computing Systems, Volga State University of Technology

424000, Rossiya, respublika Mariy El, g. Yoshkar-Ola, pl. Lenina, 3

andrey.shelemetev@gmail.com

DOI:

10.7256/2306-4196.2014.6.13297

Дата направления статьи в редакцию:

02-11-2014


Дата публикации:

16-11-2014


Аннотация: При управлении колесным транспортным средством всегда есть необходимость в принудительном изменении траектории его движения, т.е. в системе рулевого управления, работа которой основана на том, что угол поворота управляющих колес изменяется через рулевой механизм (за счет внешнего усилия). Что требует кинематической связи рулевого механизма и рулевого привода и, соответственно, усложнение конструкции машины [4]. В связи с этим возникает вопрос: а нельзя ли избежать такого усложнения? Оказывается, можно, если применить рулевое управление, основанное на разности скоростей вращения управляющих колес. В данной статье описан способ управления транспортным средством за счет задания определенных скоростей вращения управляющих колес без использования рулевого механизма. Предложен алгоритм рулевого управления транспортным средством, основанный на предложенным способе. Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость». Таким образом, можно управлять поворотом колес транспортного средства по выбранному закону, обеспечивая необходимые условия для поворота с учетом неровностей поверхности движения колесного транспортного средства.


Ключевые слова:

рулевое управление, управляющее колесо, рулевой механизм, автомобиль, транспорт, руль, управление, колесо, рассогласование скоростей, подвеска

Abstract: When controlling the wheeled vehicle there’s always a need in the forced changing of its trajectory, ie in a steering system the operation of which is based on that steering angle changes through steering mechanism (using external force). That requires a kinematic connection between a steering mechanism and steering drive and thus leads to increase of complexity of machine design. In this regard, the question arises: is it possible to avoid this complication? It turns out that it is possible with usage of steering system based on the difference between the rotational speeds of the steered wheels. The article describes a method of controlling a wheeled vehicle by setting a certain speed of rotation of the steered wheels without using the steering mechanism. The author describes and algorithm for controlling of vehicle based on a proposed method. For the inventive method in the form as it is described in the appended claims the possibility of its implementation using the methods described in the application and means known before the priority date is confirmed.  Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability". Thus, it is possible to control rotation of the vehicle wheels using the chosen law providing the conditions necessary for a rotation motion taking into account the surface irregularities.


Keywords:

steering system, the control wheel, steering mechanism, vehicle, transport, steering wheel, control, wheel, velocity difference, suspension

При управлении колеснгым транспортным стредством всегда есть неоходимость в принудительном изменении траектории его движения, т.е. в системе рулевого управления, работа которой основана на том, что угол поворота управляющих колес изменяется через рулевой механизм (за счет внешнего усилия). Что требует кинематической связи рулевого механизма и рулевого привода и, соответственно, усложнение конструкции машины [4]. В связи с этим возникает вопрос: а нельзя ли избежать такого усложнения? Оказывается, можно, если применить рулевое управление, основанное на разности скоростей вращения управляющих колес.

Такой способ поворота колесного транспортного средства посредством рулевого привода, включающего трапецию с поворотными рычагами и колеса, осуществляется за счет принудительного изменения величины скорости вращения задающего колеса, которое начинает изменять своё положение, изменяя угол поворота поворотного рычага, кинематически связанного через трапецию с другим поворотным рычагом, который в свою очередь отклоняется в другую сторону, изменяет положение второго колеса [1]. При этом поворот осуществляют за счет увеличения скорости вращения задающего внешнего колеса относительно заданной при движении траектории поворота и/или за счет уменьшения скорости вращения задающего внутреннего колеса относительно заданной при движении траектории поворота [2].

Недостатком такого способа управления является то, что при расчете требуемых скоростей вращения колес не учитывается дополнительный путь, который проделывает каждое из колес при движении по неровной поверхности и, как следствие, приводит к ошибке управления.

В связи с этим актуальным является создание более эффективного управления поворотом колесного транспортного средства за счет использования разности скоростей вращения управляемых колес, отличающийся тем, что для расчета требуемых скоростей вращения колес учитывается дополнительный путь, который проделывает каждое из колес при движении по неровной поверхности.

Это достигается тем, что в способе поворота колесного транспортного средства посредством рулевого привода, включающего трапецию с поворотными рычагами и колеса, за счет принудительного изменения величины скорости вращения задающего колеса, которое начинает изменять своё положение, изменяя угол поворота поворотного рычага, кинематически связанного через трапецию с другим поворотным рычагом, который в свою очередь отклоняется в другую сторону, изменяет положение второго колеса. при этом поворот осуществляют за счет увеличения скорости вращения задающего внешнего колеса относительно заданной при движении траектории поворота и/или за счет уменьшения скорости вращения задающего внутреннего колеса относительно заданной при движении траектории поворота особенность заключается в том, что учитывается влияние неровностей поверхности, по которой движется транспортное средство, путем вычисления производной величины угла между поворотным рычагом и горизонталью каждого из колес, что в свою очередь позволяет определить увеличение пути и, как следствие, определить требуемую скорость каждого колеса.

На рис.1 изображен вектор моментальной скорости колеса при его наезде на неровность.

4

Рис.1

Способ осуществляется следующим образом.

Пусть, колесное транспортное средство имеет независимую подвеску колес, прямолинейно движется и на пути одного из его рулевых колес встречается неровность. Чтобы компенсировать увеличение пути этого колеса и сохранить прежнее направление движения транспортного средства, скорость данного колеса нужно увеличить. Для определения, каким должно быть это увеличение, отложим (рис. 1) от оси (O) вращения колеса векторы моментальных скоростей по вертикали (H) и по горизонтали (V). Тогда модуль вектора моментальной скорости V’ можно вычислить по формуле (1).

`V' =sqrt(V^2 + H^2)` (1)

Допустим, далее, что рама транспортного средства при его движении не меняет угол своего наклона по всем трем осям и движется прямолинейно с постоянной скоростью. Тогда моментальная скорость V колеса по горизонтали будет равна скорости транспортного средства. Моментальная же скорость H подъема колеса по вертикали вычисляется из треугольника, образуемого рычагом колеса длинной l, высотой h подъема колеса и проекцией рычага на плоскость рамы. При этом высоту h подъема колеса можно выразить через формулу (2) длины l рычага и синус угла между рычагом и плоскостью рамы.

`h = l sin theta` (2)

Значит, моментальное изменение h’ высоты h будет определятся формулой (3).

`h' = l cos theta` (3)

Она фактически показывает, как изменится катет h при изменении угла на l радиан при угле `theta.`

Умножив эту функцию на производную `(d theta)/dt` угла (моментальная скорость изменения угла), получим моментальную скорость - изменение высоты h по времени, формула (4).

`H = (d theta)/dt l cos theta` (4)

Таким образом, скорость каждого из колес транспортного средства при движении по неровности будут подчиняться следующему закону, формула (5):

`V'_(i) = sqrt(((VR_(i))/R)^2 + ((d theta_(i))/(dt)l cos theta_(i))^2)` (5)

где R – радиус движения транспортного средства при повороте; – радиус движения i-го колеса.

Следовательно, угловые скорости их вращения (`omega_(i)` ) будут рассчитываться по формуле (6), где r – радиус колеса:

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

`omega_(i) = (V'_(i)) /(2pi r)` (6)

Таким образом, можно управлять поворотом колес транспортного средства по выбранному закону, обеспечивая необходимые условия для поворота с учетом неровностей поверхности движения колесного транспортного средства.

` `

` `

Библиография
1. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.А. Смирнов.-М.: Машиностроение, 1990.-352с.
2. Гаптарвалиев И.И. Система управления колесными транспортными сред-ствами на основе регулирования циклических частот вращения управляющих колес / И.И. Гаптарвалиев, А.В. Смирнов // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции: в 2 ч. Ч. 1. Йошкар-Ола: Марийский госу-дарственный технический университет, 2011. – С. 149-150.
3. Туревский И.С. Теория автомобиля / И.С. Туревский. М.: Высшая школа, 2005.-240с.
4. Евдокимов А.О. Комплексирование алгоритмов обработки радионавига-ционных данных и анализа изображений для корректировки маршрута движения наземного транспортного средства [Текст] / А. О. Евдокимов, А. В. Зуев, А. А. Кислицын. // Вестник Поволжского государственного технологического уни-верситета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы.-2013.-№ 2(18).-С. 61-72.
References
1. Smirnov G.A. Teoriya dvizheniya kolesnykh mashin: Ucheb. dlya studentov mashinostroit. spets. vuzov / G.A. Smirnov.-M.: Mashinostroenie, 1990.-352s.
2. Gaptarvaliev I.I. Sistema upravleniya kolesnymi transportnymi sred-stvami na osnove regulirovaniya tsiklicheskikh chastot vrashcheniya upravlyayushchikh koles / I.I. Gaptarvaliev, A.V. Smirnov // Sbornik materialov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii: v 2 ch. Ch. 1. Ioshkar-Ola: Mariiskii gosu-darstvennyi tekhnicheskii universitet, 2011. – S. 149-150.
3. Turevskii I.S. Teoriya avtomobilya / I.S. Turevskii. M.: Vysshaya shkola, 2005.-240s.
4. Evdokimov A.O. Kompleksirovanie algoritmov obrabotki radionaviga-tsionnykh dannykh i analiza izobrazhenii dlya korrektirovki marshruta dvizheniya nazemnogo transportnogo sredstva [Tekst] / A. O. Evdokimov, A. V. Zuev, A. A. Kislitsyn. // Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo uni-versiteta. Ser.: Radiotekhnicheskie i infokommunikatsionnye sistemy.-2013.-№ 2(18).-S. 61-72.