Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАВНОСТИ ХОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С УПРАВЛЯЕМОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПОДВЕСКОЙ

Шевчук В.П. 1 Шеховцов В.В. 1 Ляшенко M.В. 1 Скакунов В.Н. 1 Гугучкин Д.А. 1 Уразов Р.Р. 1 Лесных В.О. 1
1 Волгоградский государственный технический университет
В статье описана экспериментальная установка, созданная для исследования плавности хода транспортных средств с управляемой пневматической подвеской, приведены данные о рациональном выборе упругой и диссипативной характеристик, описаны алгоритмы и элементы мехатроники системы подрессоривания. Установка представляет собой 4-х опорную модель транспортного средства с независимой пневматической управляемой подвеской, установленную на рельсы синусоидального профиля, которые имитируют неровности дорожного покрытия. Подвеска состоит из рычагов, передающих нагрузки от дороги через пневмоэлементы на остов установки, выполняя роль демпфирующего и упругого элемента. Управление осуществляется за счет шагового клапана, реализующего режимы частичного дросселирования при сообщении основной пневматической камеры с дополнительной. Роль привода клапана выполняет шаговый двигатель, который управляется микропроцессорным блоком управления. В процессе движения модели транспортного средства по синусоидальному профилю происходит деформация пневматических элементов системы подрессоривания и раскачивание остова модели.
пневматическая подвеска
модель
алгоритм
1. Ляшенко М.В., Методы оптимизационного синтеза систем подрессоривания и элементов ходовых систем гусеничных сельскохозяйственных тракторах, адаптированных к условиям эксплуатации, диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Волгоград, 2003
2. Ляшенко М.В., Синяев Д.Ю., Кузнецов А.Ю., Маюн А.Б, Вопросы применения адаптивных систем подрессоривания на гусеничных сельскохозяйственных тракторах, Известия Волгоградского государственного технического университета. 2007. Т. 8. № 2. С. 21-24.
3. Победин А.В., Ляшенко М.В., Кузнецов А.Ю, Адаптивная система подрессоривания, Известия Волгоградского государственного технического университета. 2004. № 3. С. 74-76.
4. Подзоров А.В., Горобцов А.С., Ляшенко М.В., Прытков В.Н, Исследование управляемой системы подрессоривания посредством пространственной математической модели, Известия Волгоградского государственного технического университета. 2010. Т. 10. № 3. С. 67-73.
5. Подзоров, А.В. The optimal control of the multidimensional system at stochastic excitation / А.В. Подзоров, А.С. Горобцов, М.В. Ляшенко // Journal of KONES. Powertrain and Transport (Poland). – 2009. – Vol. 16, № 1. – C. 411-418. - Англ.
6. Подзоров, А.В. Анализ эффективности полуактивной подвески транспортного средства / А.В. Подзоров, М.В. Ляшенко, А.С. Горобцов // XV региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 9-12 ноября 2010 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. – Волгоград, 2011. – C. 67-69.
7. Черкашина Е.А., Ляшенко М.В., Валенцев М.C, Алгоритм изменения клиренса гидропневматической подвески специального транспортного средства, Известия Волгоградского государственного технического университета. 2010. Т. 10. № 3. С. 26-29.
8. Электронные системы транспортных средств: учеб. пособ. Доп. УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов / М.В. Ляшенко, А.В. Победин, О.Д. Косов, В.П. Шевчук, В.В. Шеховцов, А.Е. Бабушкин; ВолгГТУ. – Волгоград, 2011. – 115 с.

В последние годы при конструировании автотранспортных средств (АТС) всё больше внимания уделяется активной безопасности. Во всём мире отмечается тенденция роста удельной мощности двигателя, в связи с этим возрастает динамика и средняя скорость движения автомобиля. При этом повышаются требования к подвескам, которые должны обеспечивать хорошую плавность хода, управляемость и устойчивость в широком диапазоне дорожных условий. Такие требования могут выполнять управляемые системы подрессоревания, что в свою очередь влечет потребность к изучению их характеристик и режимов работы.

В Волгоградском государственном техническом университете (ВолгГТУ) на кафедре АТС ведутся исследования пневматических систем подрессоривания транспортных средств [1, 2, 3, 7]. В рамках этого исследования была разработана математическая модель управления пневматической подвеской транспортного средства. Для проверки адекватности математической модели и определения упруго-диссипативных характеристик пневматической подвески была создана экспериментальная установка (см. рис. 1).

Экспериментальная установка представляет собой 4-опорную модель транспортного средства с независимой пневматической управляемой подвесокой, установленную на рельсы синусоидального профиля, которые имитируют неровности дорожного покрытия. Подвеска состоит из рычагов передающих нагрузки от дороги через пневмоэлементы на остов установки выполняя роль демпфирующего и упругого элемента. Управление осуществляется за счет шагового клапана реализующего режимы частичного дросселирования при сообщении основной пневматической камеры с дополнительной. Роль привода клапана выполняет шаговый двигатель, который управляется микропроцессорным блоком управления (БУ).

shev1.tif

Рис. 1. Экспериментальная установка: 1 – дополнительный объём, 2 – шаговый клапан, 3 – остов, 4 – профиль дороги, 5 – основной объём, 6 – рычаги

shev2.tif

Рис. 2. Схема размещения элементов мехатроники: 1 – Рычаг подвески, 2 – шаговый клапан, 3 – гироскоп, 4 – БУ с драйвером шагового двигателя, шаговым двигателем, датчиком положения, 5 – отладочная плата с трехкомпонентным акселерометром и гироскопом, 6 – ПК

В процессе движения модели транспортного средства по синусоидальному профилю происходит деформация пневматических элементов системы подрессоривания и раскачивание остова модели. С целью определения мгновенных динамических параметров всех опор подвески и остова модели в целом БУ считывает с акселерометров и гироскопов, находящихся в центре масс остова данные об ускорениях и углах его крена и показания гироскопов, расположенных на продольных рычагах подвески. Полученные данные с БУ через отладочную плату передаются на ПК, который, в зависимости от полученных данных и управляющего алгоритма, вырабатывает управляющие сигналы для шаговых клапанов. Показания гироскопов остова и рычагов подвески дают возможность определять в любой момент времени углы их отклонения относительно горизонта, а, следовательно, и вычислять положение, перемещение и деформацию элементов подвески.

shev3.tif

Рис. 3. Структурная схема микропроцессорной системы управления

На рис. 3 показана структурная схема распределенной системы управления, построенная на основе отладочной платы STM32F3DISCOVERY, и состоит из следующих компонентов.

Отладочная плата STM32F3DISCOVERY на 32-разрядном микроконтроллере STM32F303VCT6 с памятью на 256 КБ Flash, 48 КБ RAM, рабочей частотой до 72 МГц и встроенными на плате инерциальными датчиками: 3-осевым гироскопом L3GD20, 3D–цифровым линейным акселерометром и цифровым магнитометром LSM303DLHC, дополненных коммуникационными интерфейсами и 87 линиями портов ввода/вывода.

Четыре программно-управляемых блока контроля и регулирования жесткостью подвески. На рис. 3 они выделены пунктирными линиями. Каждый блок включает: драйвер двигателя – для формирования ШИМ сигнала управления шаговым двигателем [8] (мостовой усилитель VNH3SP30); шаговый двигатель (биполярный двигатель типа SM200-0.22-1-02), управляющий шаговым клапаном; шаговый клапан, регулирующий жесткость пневматической подвески; датчик положения, представленный потенциометром, реализующим обратную связь с микропроцессорной системой; гироскоп (МЭМС-датчик L3G4200D ST) для определения динамических параметров пневматической подвески.

shev4.wmf

Рис. 4. Блок-схема алгоритма работы программы

Отладочная плата располагается в центре масс установки, это позволяет считывать угол отклонения всей платформы с гироскопа, расположенного на отладочной плате. БУ располагаются по углам платформы (рис. 2). Связь системы управления с персональным компьютером (ПК) осуществляется по USB-порту, через который передается и напряжение питания бортовой системы.

Работа системы начинается с инициализации всех портов для управления внешними устройствами (драйвера шаговых двигателей), датчиков, АЦП и интерфейса связи с ПК (рис. 4). После инициализации система переходит в режим постоянного опроса датчиков и АЦП и отправки собранной информации на ПК. При поступлении с ПК команды управления двигателями в системе (в отладочной плате) генерируется запрос прерывания и система переходит к разбору пришедшей команды.

Для бортовой системы определено два типа команд: команда управления двигателями и системная команда.

Команда управления двигателями представлена следующим форматом:

<Номер двигателя><Угол поворота>.

Системная команда «Выход» вызывает процедуру завершения опроса датчиков и выхода встроенного АЦП, принимающего сигналы обратной связи от датчиков положения, отправки данных на ПК и обработки ошибок.

Для отображения информации, представленной в виде команд оператора и данных от датчиков бортовой системы, при исследовании различных алгоритмов управления пневматической подвеской [4, 5, 6] разработана интерфейсная пользовательская программа (рис. 5).

Окно программы содержит информационные блоки отображения данных гироскопов всех опор подвески, об углах поворота шаговых клапанов, значениях отклонения бортового гироскопа и акселерометра (в центре окна) и блоков коммуникационной информации.

shev5.tif

Рис. 5. Внешний вид окна программы для отображения текущего состояния системы и управления двигателями

Программа позволяет отображать информацию о состоянии каждого БУ двигателями, а именно: показания каждой оси гироскопа и текущее положение шагового клапана. Управление определенным шаговым двигателем реализуется путем установки угла поворота и нажатия соответствующей кнопки «Rotate».

Представленная экспериментальная установка позволяет разрабатывать и проверять алгоритмы управления пневматическими системами подрессоривания АТС.


Библиографическая ссылка

Шевчук В.П., Шеховцов В.В., Ляшенко M.В., Скакунов В.Н., Гугучкин Д.А., Уразов Р.Р., Лесных В.О. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАВНОСТИ ХОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С УПРАВЛЯЕМОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПОДВЕСКОЙ // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 10-2. – С. 420-424;
URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=4263 (дата обращения: 28.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074