СТІЙКІСТЬ ТА АВТОКОЛИВАННЯ ЕЛЕКТРОННОЇ ЗАМКНЕНОЇ СИСТЕМИ СТАБІЛІЗАЦІЇ КУРСУ АВТОМОБІЛЯ З ЦИСТЕРНОЮ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2020.01.04Ключові слова:
коливання рідини в цистерні, асимптотична стійкість, автоколивання, система курсової стійкості, область стійкості, варійовані параметри регулятораАнотація
Для опису збуреного руху автомобіля з цистерною складено математичну модель, яка дозволяє врахувати коливання вільної поверхні рідини та визначити їх вплив на курсову стійкість автомобіля при сталому русі та під час термінового гальмування. Виконано лінеаризацію моделі і отримано рівняння для власних частот коливань електрогідромеханічної системи, що об’єднує динамічні зміни параметрів руху автомобіля з цистерною, парціальних прошарків рідини у цистерні та роботу електромагнітного приводу керуючого клапана і електронного ПІД-регулятора для двоконтурної системи курсової стійкості. На основі лінеарізованої моделі збуреного руху автомобіля, оснащеного системою курсової стійкості, досліджується вплив вимушених коливань рідини на область стійкості, побудовану в площині варійованих параметрів регулятора. Показано, що низькочастотні коливання вільної поверхні рідини призводять до суттєвого скорочення області стійкості замкненої системи курсової стабільності автомобіля, що свідчить про необхідність врахування коливань при вирішенні задач аналізу і синтезу системи. Встановлено, що для автомобіля з цистерною, де відбуваються низькочастотні поперечні коливання рідини, які супроводжуються перерозподілом маси і збурюють рух, збільшення курсової швидкості однозначно призводить до погіршення курсової стійкості. Ця обставина дозволила виключити цю швидкість із числа варійованих параметрів і суттєво спростити задачу. З’ясовано, що рівень рідини в цистерні, з урахуванням його зв’язку з максимальною швидкістю руху, оказує неоднозначний вплив на курсову стійкість автомобіля, і обмежувати дослідження лише розрахунками для випадку 50 % навантаження неприпустимо. Замість цього традиційного спрощення треба знаходити лінію, яка огинає зверху ті межі, що відповідають багатьом рівням рідини із діапазону їх зміни. Показано, що динаміка термінового гальмування слабо залежить від в’язкості рідини у цистерні, але при довгостроковій безперервній роботі системи керування гальмами виникають автоколивання. Запропоновано метод настроювання параметрів електронного регулятора на забезпечення автоколивань малої амплітуди.
Посилання
Vrublevskiy A. N. Nauchnyye osnovy sozdaniya akkumulyatornoy toplivnoy sistemy dlya bystrokhodnykh dizeley : monografiya. [Sci-entific foundations for creating a storage fuel system for high-speed diesel engines: monograph]. Kharkov, KHNADU Publ., 2010. 216 p.
Bukhanovich A. G. Elektronnoye upravleniye toplivopodachey dizel'nogo dvigatelya na osnove programmnogo PID – regulirovaniya [Electronic control of diesel engine fuel supply based on programmed PID control]. Nauka i tekhnika [Science and technology]. 2017, vol. 16, no. 1, pp. 28–37.
Aleksandrov Ye., Alekssandrova T., Morhun Y. Parametric Synthesis of the Electronic Control Unit of the Course Stability System of the Car. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019, no. 6/9 (102), pp. 39–45.
Abramchuk F. I., Alʹokhin S. O., Belov O. M. Tekhniko-ekonomichne obgruntuvannya neobkhidnosti derzhavnoyi pidtrymky u vy-konanni innovatsiyno-investytsiynogo proektu «Rozroblennya ta vprovadzhennya u vyrobnytstvo malolitrazhnogo avtomobilʹnogo dyzelya potuzhnistyu 100-175 k.s. podviynoho pryznachennya (Slobozhansʹkyy dyzelʹ)» [Feasibility study of the need for state support in the implementation of innovation and investment project "Development and implementation in the production of small car diesel with a capacity of 100-175 hp dual-use (Slobozhansky diesel) "]. Kharkiv, KHNADU Publ., 2012. 162 p.
Tavernini D., Velenis E., Longo S. (2017) Feedback brake distribution control for minimum pitch. Vehicle System Dynamics. 2017, vol 55, no.6, pp. 902–923. doi: 10.1080/00423114.2017.1293275.
Fujimoto H., Narada S. (2015) Model – Based Range Extension Control System for Electric Vehicles with Front and Rear Driving – Braking Force Distribution. IEEE Trans-actions on Industrial Electronics. 2015, vol. 62, no. 5, pp. 3245–3254.
Gong X., Qian L., Ge W., Yan J. (2020) Research on Electronic Brake Force Distribution and Anti - Lock Brake of Vehicle Based on Direct Drive Electro Hydraulic Actuator. International Journal of automotive Engineering. 2020, vol. 11, no. 2, pp. 22–29. doi: 10.20485/jsaeijae.11.2_22.
Tavernini D., Velenis E., Longo S. (2015) Model – Based Active Brake Force Distribution for Pitch Angle Minimization. 54th IEEE Conference on Decision and Control. December 15 – 18. Osaka, Japan, 2015, pp. 197–202. doi: 10.1109/CDC.2015.7402108. doi: 10.4271/2002-01-0300.
Nakamura E., Soga M., Sacai A., Otomo A., Kobayashi T. (2002) Development of Electronically Controlled Brake System for Hybrid Vehicle. SAE 2002 World Congress. Detroit, Michigan, March 4 – 7, 2002, Printed in USA. 6 p.
Park G., Choi S. B. (2016) Optimal Brake Distribution for Electronic Stability Control Using Weighted Least Square Allocation Meth-od. 16 International Conference on Control «Automation and Systems» (ICCAS 2016). Oct. 16 – 19, 2016 in HICO. Gyeongju, Korea, 2016, pp. 1420–1425. doi: 10.1109/ICCAS.2016.7832492.
Wu Xinyu. (2015) Control Strategy and Algorithm Study on Light Vehicle Electronic Mechanical Braking System. 5th International Conference on Education, Management, Information and Medicine (EMJM 2015). 2015, pp. 1453–1458. doi: 10.2991/emim-15.2015.282.
Her H., Cho W., Yi K. (2011) Vehicle Stability Control Using Individual Break Force Based on Tire Force Informa-tion. 14th Interna-tional IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems. October 5 – 7, 2011. Washington, USA, pp. 22–29. doi: 10.1109/ITSC.2011.6082997.
Aleksandrov Ye. Ye., Volontsevich D. O., Podrigalo M. A. Povyshenie ustoychivosti i upravlyaemosti kolesnykh mashin v tormoznykh rezhimakh [Increasing the stability and controllability of wheeled vehicles in braking modes]. Kharkov, NTU «KHPI» Publ., 2007. 320 p.
Aleksandrov Ye. Ye., Aleksandrov T. Ye., Ovcharenko YU. YE. Pidvyshhennya tekhnichnykh ta ergonomichnykh kharakterystyk rukhomykh ob"yektiv viys'kovogo pryznachennya : monografiya [Enhancement of technical and ergonomic characteristics of movable objects of military purpose: monograph]. Kharkiv, KHNADU Publ., 2019. – 176 p.
Aleksandrov YE. YE., Grygor"yev O. L., Morgun YA. YU. Pro vplyv kolyvan' verkhn'oyi poverkhni transportuyemoyi ridyny na kursovu stiykist' avtomobilya, shho osnashhenyy tsysternoyu z ridkym napovnyuvachem [On the influence of oscillations of the up-per surface of the transported liquid on the roadholding ability of a car with a liquid filled tank]. Tezy dopovidey VII Mizhnarodnoyi naukovo-tekhnichnoyi Internet - konferentsiyi «Avtomobil' i elektronika. Suchasni tekhnoloпiyi» [Astracts of the VII International sci-entific and technical internet conference Auomobile and electronics. Contemporary technologies]. November 23 – 24, 2020, pp. 88–90.
Zyn'ko R. V., Kraynyk L. V., Gorbay O. Z. Osnovy konstruktyvnogo syntezu ta dynamika spetsial'nykh avtomobiliv i tekhnologichnykh mashyn : monografiya [Fundamentals of constructive synthesis and dynamics of special cars and technological machines: monograph]. Lviv, Vyd-vo L'vivs'koyi politekhniky Publ., 2019. 256 p.
Kozhushko A. P., Grygor"yev O. L. Matematychne modelyuvannya nyz'kochastotnykh kolyvan' v"yazkoyi ridyny v goryzontal'niy yemnosti z vil'noyu poverkhneyu [Mathematical modeling of low-frequency oscillations of viscous fluid in ahorizontal container with free surface]. Visnyk Natsionalʹnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Seriya : Matematichne modelyuvannya v tekhnstsi ta tekhnologiyakh [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series : Mathematical modeling in engineering and technology]. 2018, no. 3 (1271), pp. 41–51.
Aleksandrov YE. YE., Aleksandrov T. YE., Kostyanyk I. V., Morgun YA. YU. Parametricheskiy syntez tsyfrovoy systemy kursovoy ustoy-chivosti avtomobilya [Parametric synthesis of the digital system of course stability of the car]. Avtomobil' i elektronika. Suchas-ni tekhnologiyi (elektronnyy zhurnal) [Automobile and electronics. Contemporary technologies (electronic journal)]. 2020, no. 17, pp. 69–76.
Moiseev N. N., Petrov A. A. Chislennye metody rascheta sobstvennykh chastot kolebaniy ogranichennogo ob"yema zhidkosti [Nu-merical methods for computing vibration frequencies of bounded volume of liquid]. Matematicheskie metody dinamiki kosmicheskikh apparatov [Mathematical methods in spacecraft dynamics]. Vol. 3, Мoscow, VTs AN SSSR Publ., 1966. 267 p.
Kozhushko A. P. Eksperymental'ne ta rozrakhunkove doslidzhennya zagasannya kolyvan' ridyny v yemnosti z vil'noyu poverkhneyu [Experimental and computational study of liquid oscillation damping in a free surface vessel]. Visnyk Natsionalʹnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Seriya : Matematichne modelyuvannya v tekhnstsi ta tekhnologiyakh [Bulletin of the National Technical Universi-ty "KhPI". Series : Mathematical modeling in engineering and technology]. Kharkiv, NTU «KhPI» Publ., 2020, no. 1, pp. 24–43.
Aleksandrov YE. YE. Osnovy avtomobil'noyi avtomatyky : navchal'no-metodychnyy posibnyk [Fundamentals of automotive automa-tion: a textbook]. Kharkiv, KHNADU Publ., 2010. 172 p.
Besekerskiy V. A., Popov Ye. P. Teoriya sistem avtomaticheskogo regulirovaniya [Theory of automatic control systems]. Moscow, Nauka Publ., 1975. 768 p.
Shevchenko S. A., Grigor'yev A. L., Stepanov M. S. Issledovanie dinamicheskoy ustoychivosti regulyatora davleniya s pnevmatich-eskim upravleniem pri uchete kolebaniy stolbov gaza v truboprovodakh [Investigation of the dynamic stability of a pneumatically controlled pressure regulator taking into account the oscillations of gas columns in pipelines]. Visnyk NTU «KHPI». Seriya : Dynamika ta mitsnist' mashyn [Bulletin of the NTU “KhPI”. Series : Dynamics and strength of machines]. Kharkiv, NTU«KHPI» Publ., 2016, no. 26(1198), pp. 89–108.
