Общая структурная расчетная схема системы дорога - шина - автомобиль - оператор

Одним из важнейших разделов теории автомобиля является теория устойчивости и управляемости его движения, базирующаяся на анализе курсового движения.

Для исследования устойчивости и управляемости сложной машины требуется подробное математическое описание его как объекта регулирования в системе дорога – шина – автомобиль - оператор. В этой системе объединены в едином процессе как механические колебания отдельных масс (рама, кабина и т. д.), так и другие физические процессы, сопровождающие работу различных систем и влияющие на характеристики его движения (взаимодействие машины и оператора при управляемом движении, работа систем управления и взаимодействие его с внешней средой и поверхностью дороги).

Для системного исследования наиболее подходящей является методика, в основу которой положены представления теории автоматического управления, при которой исследуемая система «автомобиль» представляется совокупностью взаимодействующих динамических звеньев. Отдельные звенья этой системы не являются обязательно какими-либо изолированными и материальными ее частями. Это связано, в частности, с тем, что одна и та же материальная часть общей системы выполняет различные функции и характеризуется соответственно различными группами переменных величин. Например, колесо является элементом расчетной схемы вертикальных колебаний и одновременно элементом расчетной схемы рулевого управления, а также элементом расчетной схемы трансмиссии [1].

К внешним воздействиям на машину относятся дорожные неровности, воздействие воздушной среды, внешние, активные силы, а также заданная в плане форма проезжей части и проектные наклоны дороги.

Совокупность выделенных динамических звеньев составляет структурную схему системы дорога - шина - автомобиль - оператор, которая показана на рисунке 1. Каждое звено этой системы совершает определенное преобразование величин и, следовательно, характеризуется входными и выходными параметрами, а также связывающими их уравнениями. Эти величины в соответствии с их физической природой разделены на группы, характеризующие тип взаимодействия между звеньями системы. Выделены следующие группы переменных величин и соответствующие им типы взаимодействия между звеньями системы [2,3]:

Азройинами" чеекие возмугценин

Дорого

----- Силы

Кинемотунес

<М t$»3b

Инерционная $взь

*—»—>- Информация

^_„ Салмли управления

Оператор

Реакции элементов подвески

Нормальные реакции дороги машина

Вертикаль ныв и ргловыв колебания

3—1__ курсовое движение

Колебания кабина, и т. 6.

Вращение колес

Реакции iopoiu 8 горизонталям плоскости

Мов колес

Саванная траектория движения

Тракскиссу и ВВигатея»

PyeeSoe управление

Тормозная i acme на.

Рисунок 1 - Общая структурная схема системы «дорога - шина - автомобиль - оператор».

1) кинематическое (линейные и угловые перемещения); 2) силовое (силы, действующие между частями машины при их относительном перемещении, а также реакции дороги); 3) информационное (кинематические и силовые факторы, воспринимаемые оператором); 4) сигнальное (величины, которые задает оператор и которые определяют положение органов управления машиной); 5) инерционное (кинематические ограничения, наложенные на относительные перемещения различных масс машины конструкцией направляющих устройств).

В систему дорога - шина - автомобиль - оператор включен как звено обратной связи. Функции оператора как динамического звена сводятся в данной задаче к преобразованию поступающей к нему информации о действительном движении машины в определенное положение органов управления в звеньях «рулевое управление», «трансмиссия и двигатель» и «тормозная система». Это преобразование водитель производит, сообразуясь с заданной программой движения машины.

Звенья «увод колес» и «вращение колес» преобразуют входные кинематические параметры, характеризующие движение рамы, кабины и т.д., и колес, в выходные кинематические параметры, которые определяют реакции дороги, действующие в горизонтальной плоскости. В этих звеньях учитываются кинематические связи, накладываемые конструкцией направляющего аппарата моста на перемещение колес относительно корпуса [4,5].

При исследовании устойчивости и управляемости машины изучается движение машины в плоскости дороги, которое называется курсовым движением, распространяя этот термин, как на прямолинейное, так и на криволинейное движение.

Кинематика курсового движения машины определяется четырьмя функциями Vy(t), Vx(t), ®z(t), p(S) с учетом формы дороги ширины проезжей части и организации движения транспортного потока.

В общем случае движение машины происходит по неровной дороге и криволинейной траектории, повторяющей в общих чертах форму дороги в плане. Поэтому для исследования курсового движения требуется более полная расчетная схема машины. Расчетная схема машины должна включать все колебательные системы и учитывать их взаимодействие. Для этого необходимо разработать пространственную модель автомобиля и задать в пространстве положение всех масс относительно дороги, выбрать плоскость, относительно которой необходимо отсчитывать ординаты микропрофиля и получить уравнения движения системы [6].

Возмущающее воздействие от дорожной поверхности представим ординатами микропрофиля под колесами д_л , д_п и углами поперечного наклона 'площадок контакта в л , в п (рисунок 2).

Рисунок 2 - Возмущения от дорожной поверхности: no - нормаль к поверхности дороги.

Введем также обозначение:

Фя=( Ял - qn)/(2dK), где 2dк - колея автомобиля.

Таким образом, для выяснения закономерностей возмущенного управляемого движения необходимо рассмотрение не отдельных частных случаев, а всей замкнутой системы дорога - шина - автомобиль - оператор.