Исследование работоспособности алгоритмаимпульсного подавления автоколебательных явленийв электромеханической системе тягового электрического привода в тормозном режиме методами имитационного моделирования

Актуальность. При движении транспортного средства могут возникать режимы, сопровождающиеся повышенным скольжением колеса с отрицательным вязким трением, характеризуемым снижением силы трения при росте скорости скольжения. В данных случаях может возникать потеря устойчивости, влекущая за собой возбуждение автоколебательных явлений в электромеханической системе (дорога-колесо-механический привод-электродвигатель). Зарождение данного процесса резко повышает динамическую нагруженность системы, что может привести к выходу её из строя, поломке. Вследствие этого разработка методов подавления автоколебательных явлений считается актуальной задачей.

Цель исследования. Проверка работоспособности и эффективности метода подавления автоколебаний в электромеханической системе привода колеса при торможении транспортного средства.

Материалы и методы. С помощью анализа функции Ляпунова для электромеханической системы привода колеса обоснован метод подавления автоколебательных явлений. Исследование же работоспособности алгоритма выполнено с применением программного комплекса Matlab Simulink.

Результаты исследования. Доказана методами имитационного математического моделирования работоспособность и эффективность алгоритма, что позволяет в дальнейшем его использовать при разработке систем управления движением. В случае торможения транспортного средства, оснащённого антиблокировочной системой с функцией подавления автоколебаний на скользком опорном основании, наблюдается снижение амплитуд колебаний угловых скоростей колёс на 80% и тормозных моментов на 96%. При торможении данного транспортного средства на опорном основании с высоким коэффициентом сцепления амплитуды снижаются на 98% по угловым скоростям и на 81% по крутящим моментам. При имитационном моделировании динамики торможения транспортного средства на опорном основании с низкими сцепными свойствами также показано, что в данных случаях манёвр уклонения удаётся совершить, это свидетельствует о повышении управляемости и активной безопасности машины.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования разработанного алгоритма подавления автоколебаний при практическом применении в составе систем управления транспортным средством. Разработанный алгоритм может быть использован на транспортных средствах различного класса, оснащённых индивидуальным тяговым электроприводом ведущих колёс.

1. Вильке В.Г., Шаповалов И.Л. Автоколебания в процессе торможения автомобиля // Вестник МГУ. Сер. 1. Математика, механика. 2015. № 4. С. 33–39.

2. Кручинин П.А., Магомедов М.Х., Новожилов И.В. Математическая модель автомобильного колеса на антиблокировочных режимах движения // Известия РАН. СерияМТТ. 2001. № 6. С. 63–69.

3. Awrejcewiez J., Dzyubak L., Grehori C. Estimation of chaotic and regular (stick-slip and ship-slip) oscillations exhibited by coupled oscillations with dry friction // Nonlinear Dynamics. 2005. V. 42. № 2. P. 383–394.

4. Pascal M. Dynamics and stability of a two degrees of freedom oscillator with an elastic stop // Journal of Computational and Nonlinear Dynamics. 2006. V.1. № 1. P. 94–102.

5. Shin K., Brennan M.J., Oh J.-E., Harris C.J. Analysis of disk brake noise using a two-degrees-offreedom model // Journal of Sound and Vibration. 2002. V. 254. № 5. P. 837–848.

6. Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., etal. Designs and development of Russian scientific schools in the field of cross-country ground vehicles building // ARPN JEAS. 2017. vol. 12, no. 4. pp. 1064– 1071.

7. Ергин А.А., Коломейцева М.Б., Котиев Г.О. Антиблокировочная система управления тормозным приводом колеса автомобиля // Приборыисистемы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 9. С. 11–13.

8. Soliman A., Kaldas M. An investigation of anti-lock braking system for automobiles // SAE Tech. Paper, 2012. no. 2012-01-0209. DOI: https://doi.org/10.4271/2012-01-0209

9. Sun C., Pei X. Development of ABS ECU with hard ware-inthe-loop simulation based on labcar system. SAE Int. J. Passeng. Cars – Electron. Electr. Syst. 2015. vol. 8, no. 1. pp. 14–21, DOI: https://doi.org/10.4271/2014-01-2524

10. Sabbioni E., Cheli F., d’Alessandro V. Analysis of ABS/ESP control logics using a HIL test bench. SAE Tech. Paper. 2011. no. 2011-01-0032. DOI: https://doi.org/10.4271/2011-01-0032

11. Marshek K.M., Guderman J.F.II., Jonson M.J. Performance of anti-lock braking system equipped passenger vehicles part I: braking as a function of brake pedal application force. SAE Tech. Paper. 2002.no. 2002-01-0304. DOI: https://doi.org/10.4271/2002-01-0304.

12. Жилейкин М.М. Исследование автоколебательных процессов в зоне взаимодействия эластичной шины с твердым опорным основанием. Известия высших учебных заведений // Машиностроение. 2021. № 10.С. 3–15. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-10-3-15.

13. Белоутов Г.С., Клочков Э.С. Комбинированный метод расчета переходных процессов в трансмиссиях // Вопросы оборонной техники. Сер. 6. 1984. Вып. 1 (113). С. 45–48.

14. Альгин В.Б., Дробышевская О.В., Сорочан В.М., Успенский А.А. Схематизация и динамический расчет мобильной машины. Системы с переменной структурой // Механика мобильных машин. Минск, 2008. С. 16–24.

15. Альгин В.Б. Динамика многомассовых систем машин при изменении состояний фрикционных компонентов и направлений силовых потоков // Механика машин, механизмов и материалов. 2014. № 4 (29). С. 21–32.

16. Мясищев Д.Г., Вашуткин А.С., Лоренц А.С. Уменьшение резонанса релаксационных автоколебаний колесных тормозных механизмов лесовозных автомобилей // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2016. № 4(352). С. 112–120. DOI 10.17238/issn0536-1036.2016.4.112. EDN WJXSHF.

17. Жилейкин М.М., Сиротин П.В., Носиков С.С., Пуляев Н.Н. Метод выявления потери устойчивости движения тракторов при реализации тягового усилия на прицеп или сцепной агрегат // Тракторы и сельхозмашины. 2023. Т. 90, № 1. С. 39– 48. DOI 10.17816/0321-4443-321266. EDN ZCQJYM.

18. Грабар И.Г., Опанасюк Е.Г., Бегерский Д.Б., Опанасюк О.Е. Определение условий начала автоколебательных процессов в контакте модели пневматической шины с сыпучим грунтом // Вiсник СевНТУ. 2011. № 121. С. 139–142. EDN UMXAMR.

19. Ergin A.A., Kolomejtseva M.B., Kotiev G.O. Antiblocking control system of the brake drive of automobile wheel // PriboryiSistemy Upravleniya. 2004. (9). pp. 11–13.

20. Klimov A.V., Ospanbekov B.K., Kelle A.V., Shadrin S.S., Makarova D.A., Furletov Y.M. Research into the Peculiarities of the Individual Traction Drive Nonlinear System Oscillatory Processes // WorldElectr. Veh. J. 2023. 14. 316. https://doi.org/10.3390/wevj14110316.

21. Климов А.В. Колебательные процессы в нелинейной системе индивидуального тягового электрического привода // Грузовик. 2023. № 7. С. 19–24. DOI 10.36652/1684-1298-2023-7-19-24. EDN RXPWMI.

22. Климов А.В., Антонян А.В. Исследование особенностей протекания колебательных процессов в нелинейной системе индивидуального тягового привода электробуса // Известия МГТУ «МАМИ». 2023. Т. 17, № 1. С. 87–96. DOI 10.17816/2074-0530-115233. EDN DVWXHE.

23. Климов А.В. Противобуксовочная система с функцией подавления автоколебаний колёс в тяговом режиме работы // Труды НАМИ. 2023. № 3(294). С. 44–56. DOI 10.51187/0135-3152-2023-3-44-56. EDN XJXUWX.

24. Климов А.В. Наблюдатель буксования ведущих колес с функцией подавления автоколебаний в тяговом режиме // Транспортные системы. 2023. № 2(28). С. 17–29. DOI 10.46960/2782-5477_2023_2_17. EDN HRSZDR.

25. Климов А.В. Подавление автоколебаний ведущих колес в тормозном режиме // Грузовик. 2023. № 9. С. 6–14. DOI 10.36652/1684-1298-2023-9-6-14. EDN PUCDXP.

26. Клепиков В.Б. Динамика электромеханических систем с нелинейным трением: монография. Изд-во: «Підручник НТУ “ХПІ”», 2014. 408 с. На рус. яз. ISBN 978-617-687-029-6.

27. Шамберов В.Н. Фрикционные автоколебания в механических системах // Известия вузов. Приборостроение. 2010.Т. 53, №2. С. 24–28.

28. Жилейкин М.М., Журкин М.М. Алгоритм работы антиблокировочной системы тормозов с функцией противодействия заносу для двухосных автомобилей с одной ведущей осью // Известия МГТУ «МАМИ». 2020. №1 (43). С. 51–56.