namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2021-1-25-34nami-176Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTМодернизация управляющей и измерительной систем стенда «Грунтовый канал» и разработка математической модели движения колеса в условиях стендаControl and measuring modernization systems of the “Soil Channel” stand and the development of a wheel motion mathematical model in stand conditionsКосицынБ. Б.KositsynB. B.

Косицын Борис Борисович, канд. техн. наукКафедра СМ-10 «Колёсные машины»

Москва 105005

Kositsyn B.B., PhD (Eng) Department “Wheeled vehicles”

Moscow 105005

kositsyn_b@bmstu.ruЧжэнХуайюйChzhenKh.

Чжэн Хуайюй, аспирант

Москва 105005

Chzhen Kh., postgraduate

Moscow 105005

zhypro@yandex.ruГазизуллинР. Л.GazizullinR. L.

Газизуллин Руслан Ленарович, аспирант 

Москва 105005

Gazizullin R.L., postgraduate

Moscow 105005

rlgazizullin@bmstu.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»РоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202130032021012534Copyright © Косицын Б.Б., Чжэн Х., Газизуллин Р.Л., 20212021Косицын Б.Б., Чжэн Х., Газизуллин Р.Л.Kositsyn B.B., Chzhen K., Gazizullin R.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/176

Введение (постановка задачи и актуальность). Перспективным направлением снижения потребляемой при движении транспортного средства энергии является применение адаптивных законов управления подводимой мощностью к движителю на основании нейронных сетей. Для создания обучаю щего массива последних необходим большой набор экспериментальных данных, сбор которых, как правило, осуществляется с применением исследовательских стендов, например, «Грунтовый канал». Тем не менее проведение таких натурных исследований требует большого количества ресурсов.

Цель исследования – создание математической модели качения колеса в условиях стенда, при помощи которой возможно организовать сбор интересующих статистических данных о режимах качения колеса расчётным путём в автоматическом режиме.

Методология и методы

Методология и методы. В статье приводится описание испытательного стенда «Грунтовый канал», расположенного на кафедре «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рассматривается перечень компонентов управляющей и измерительной систем, применённых в процессе его модернизации с целью автоматизации сбора экспериментальных данных. Представлена математическая модель стенда «Грунтовый канал», основанная на применении экспериментально полученных зависимостей удельной продольной силы тяги от скольжения и удельной продольной силы тяги от удельной окружной силы.

Результаты и научная новизна. В рамках работы проведена верификация разработанной математической модели на основе данных, полученных в ходе натурных исследований. Сделаны выводы о пригодности разработанной математической модели движения колеса в условиях стенда для проведения виртуальных экспериментов.

Практическая значимость

Практическая значимость. Данные, полученные с применением разработанной математической модели, могут быть использованы для создания обучающего массива нейронной сети, обеспечивающей реализацию адаптивных законов управления подводимой мощностью к движителю.

Introduction (problem statement and relevance). A promising direction for reducing a vehicle moving energy is the application of adaptive laws for controlling the power supplied to the propeller based on neural networks. To create a training array of the latter, a large set of experimental data is required, the collection of which, as a rule, is carried out by using research stands, such as the “Soil Channel”. But the fi eld studies require a lot of resources.

The purpose of the study was to create a wheel rolling mathematical model in the conditions of the stand, with the help of which it would be possible to organize the collection of needed statistical data on the wheel rolling modes by calculation them in an automatic mode.

Methodology and research methods. The paper describes the “Soil Channel” bench test, held by the Department of “Multipurpose tracked vehicles and mobile robots” of Bauman Moscow State Technical University. A list of the control and measuring systems components used in the process of its modernization in order to automate the collection of experimental data was considered. The “Soil Channel” stand mathematical model was presented which was based on the use of experimentally obtained dependences of the specifi c longitudinal thrust force on sliding and the specifi c longitudinal thrust force on the specifi c circumferential force.

Scientifi c novelty and results. The developed mathematical model has been verifi ed on the basis of the data obtained in the course of fi eld studies. Conclusions were made about the suitability of the developed mathematical model of wheel motion under the stand conditions for conducting virtual experiments.

Practical signifi cance. The data obtained by applying the developed mathematical model can be used to create a training array of a neural network to provide the implementation of adaptive laws for controlling the power supplied to the propeller.

испытательный стенд«Грунтовый канал»система измеренияматематическая модельколёсный движительtest bench“Soil Channel”measurement systemmathematical modelwheel propellerReferencesKruger J., Rogg A., Gonzalez R. Estimating Wheel Slip of a Planetary Exploration Rover via Unsupervised Machine Learning // 2019 IEEE Aerospace Conference. – March 2019.Kruger J., Rogg A., Gonzalez R. Estimating Wheel Slip of a Planetary Exploration Rover via Unsupervised Machine Learning. 2019 IEEE Aerospace Conference, March 2019.Ding L., Huang L., Li Sh., Gao H., University L., Deng H., Li Y., Liu G., University X. Defi nition and Application of Variable Resistance Coeffi cient for Wheeled Mobile Robots on Deformable Terrain // IEEE Transactions on Robotics, Мау 2020. – No. 99. – P. 1–16.Ding L., Huang L., Li Sh., Gao H., University L., Deng H., Li Y., Liu G., University X. Defi nition and Application of Variable Resistance Coeffi cient for Wheeled Mobile Robots on Deformable Terrain. IEEE Transactions on Robotics, Мау 2020, no. 99, pp. 1–16.Gonzalez R., Apostolopoulos D., Iagnemma K. Improving rover mobility through traction control: simulating rovers on the Moon // Autonomous Robots. – No. 43 (2). – March 2019.Gonzalez R., Apostolopoulos D., Iagnemma K. Improving rover mobility through traction control: simulating rovers on the Moon. Autonomous Robots, no. 43 (2), March 2019.Gonzalez R., Chandler S., Apostolopoulos D. Characterization of machine learning algorithms for slippage estimation in planetary exploration rovers // Journal of Terramechanics. – April 2019. – No. 82. – P. 23–34.Gonzalez R., Chandler S., Apostolopoulos D. Characterization of machine learning algorithms for slippage estimation in planetary exploration rovers. Journal of Terramechanics, April 2019, no. 82, pp. 23–34.Ma H., Yang H., Li Q., Liu Sh. A geometry-based slip prediction model for planetary rovers // Computers & Electrical Engineering. – September 2020. – 86:106749.Ma H., Yang H., Li Q., Liu Sh. A geometry-based slip prediction model for planetary rovers. Computers & Electrical Engineering, September 2020, 86:106749.Назаров Л.В., Гончаренко Н.В., Коваленко В.И., Штельмах С.П. Стенд для испытания тягово-сцепных качеств колёсных движителей: а.с. 1569646 A1 СССР; № 4403732/24-11; заявл. 05.04.1988; опубл. 07.06.1990, Бюл. № 21. – 3 с.Nazarov L.V., Goncharenko N.V., Kovalenko V.I., Shtel’makh S.P. [Stand for testing the traction and adhesion qualities of wheel propulsion system]. Inventor’s certifi cate USSR, no. 1569646 A1, 1988. (In Russian) 34 Труды НАМИ № 1 (284)•2021 / Trudy NAMI no. 1 (284)•2021Горелов В.А., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В. Разработка закона управления индивидуальным приводом движителей многоосной колёсной машины // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2012. – № 1. – С. 49–59.Gorelov V.A., Kotiev G.O., Miroshnichenko A.V. [Development of the сontrol аlgorithm of individual drives for a multiaxle wheeled vehicle]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie, 2012, no. 1, pp. 49–59. (In Russian)Наумов В.Н., Горелов В.А. Совместный опыт МГТУ им. Н.Э. Баумана и НПО им. С.А. Лавоч кина в области создания планетоходов // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. – 2017. – № 2 (36). – С. 144–146.Naumov V.N., Gorelov V.A. [Joint experience of MGTU by N.E. Bauman and Lavochkin association in the fi eld of rovers development]. Vestnik NPO im. S.A. Lavoch kina, 2017, no. 2 (36), pp. 144–146. (In Russian)Чижов Д.А., Горелов В.А., Котиев Г.О. Лабораторный расчётно-экспериментальный комплекс для исследования тягово-энергетических свойств колёсных движителей // Тракторы и сельхозмашины. – 2012. – № 4. – С. 21–27.Chizhov D.A., Gorelov V.A., Kotiev G.O. [Laboratory experiment-calculated complex for the investigation of traction and power properties of wheeled mover]. Traktory i sel’khozmashiny, 2012, no. 4, pp. 21–27. (In Russian)Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник / В.В. Ларин. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 391 с.: ил.Larin V.V. [Theory of motion of all-wheel drive vehicles: textbook]. Moscow, BMSTU Publ., 2010. 391 p. (In Russian)Рождественский Ю.Л. Анализ и прогнозирование тяговых качеств колёсных движителей планетоходов: дисс. ... канд. техн. наук. – М., 1982. – 260 с.Rozhdestvenskiy Yu.L. [Analysis and prediction of the tractive qualities of the rover wheel propellers. Cand. eng. sci. diss.]. Moscow, 1982. 260 p. (In Russian)Петрушов В.А., Шуклин С.А., Московкин В.В. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. – М.: Машиностроение, 1975. – 225 с.Petrushov V.A., Shuklin S.A., Moskovkin V.V. [Rolling resistance of vehicles and road trains]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1975. 225 p. (In Russian)Петрушов В.А., Московкин В.В., Евграфов А.Н. Мощностной баланс автомобиля. – М.: Машиностроение, 1984. – 160 с.Petrushov V.A., Moskovkin V.V., Evgrafov A.N. [Vehicle power balance]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1984. 160 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.