namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2023-4-87-100nami-300Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTОценка эффективности технических решений активного автопоезда с помощью физического моделированияEstimation of efficiency of technical solutions of an active road train by means of physical modellingБелоусовБ. Н.BelousovB. N.

Белоусов Борис Николаевич – д-р техн. наук, профессор, главный специалист, Центр «Автомобили и тракторы»

г. Москва 125438

Belousov B.N. – D.Sc. (Eng), professor, chief specialist, Center “Automobiles and tractors”

Moscow 125438

БологовК. В.BologovK. V.

Бологов Константин Владимирович – канд. техн. наук, начальник ОКБ-32

г. Москва 125190

Bologov K.V. – PhD (Eng), head of OKB-32

Moscow 125190

ЖоголевТ. Г.ZhogolevT. G.

Жоголев Тимур Геннадьевич – инженер

 г. Москва 125190

Zhogolev T.G. – engineer

Moscow 125190

ЛапенковР. А.LapenkovR. A.

Лапенков Роман Алексеевич – начальник управления специальных колёсных транспортных средств, Центр «Специальные транспортные средства»

г. Москва 125438

Lapenkov R.A. – head of the department of special wheeled vehicles, Center “Special vehicles”

Moscow 125438,

МухаметзяновР. Г.MukhametzyanovR. G.

Мухаметзянов Ринат Гарапшевич – канд. техн. наук, заведующий отделом, Центр «Специальные транспортные средства»

г. Москва 125438

Mukhametzyanov R.G. – PhD (Eng), head of department, Center “Special vehicles”

Moscow 125438

СапожкинВ. С.SapozhkinV. S.

Сапожкин Виктор Сергеевич – заместитель начальника СКБ

г. Москва 125438

Sapozhkin V.S. – deputy head of SKB

Moscow 125190

СтариковА. Ф.StarikovA. F.

Стариков Александр Фёдорович – канд. техн. наук, главный специалист, Центр «Специальные транспортные средства»

г. Москва 125438

Starikov A.F. – PhD (Eng), chief specialist, Center “Special vehicles”

Moscow 125438

ЩербинА. М.ShcherbinA. M

Щербин Алексей Михайлович – канд. техн. наук, заведующий отделом, Центр «Специальные транспортные средства»

г. Москва 125438

Shcherbin A.M. – PhD (Eng), head of department, Center “Special vehicles”

Moscow 125438

alexey.scherbin@nami.ruГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian FederationПубличное акционерное общество «Научно-производственное объединение «Алмаз» имени академика А.А. Расплетина»РоссияJoint Stock Company “Scientific and Production Association “Almaz” named after Academician A.A. Raspletin”Russian Federation2023291220230487100Copyright © Белоусов Б.Н., Бологов К.В., Жоголев Т.Г., Лапенков Р.А., Мухаметзянов Р.Г., Сапожкин В.С., Стариков А.Ф., Щербин А.М., 20232023Белоусов Б.Н., Бологов К.В., Жоголев Т.Г., Лапенков Р.А., Мухаметзянов Р.Г., Сапожкин В.С., Стариков А.Ф., Щербин А.М.Belousov B.N., Bologov K.V., Zhogolev T.G., Lapenkov R.A., Mukhametzyanov R.G., Sapozhkin V.S., Starikov A.F., Shcherbin A.M.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/300

Введение (постановка задачи и актуальность). В статье описана физическая модель автопоезда с активным приводом колёс полуприцепа. Приводятся результаты исследовательских испытаний физической модели, с помощью которых оценивается адекватность математических моделей динамики автопоезда в составе седельного тягача и полуприцепа с активным приводом колёс.

Цель исследования – оценка эффективности технических решений, направленных на повышение проходимости и манёвренности транспортного средства.

Методология и методы

Методология и методы. При проведении исследований использованы метод анализа результатов испытаний действующего масштабного макета активного автопоезда, метод сравнительного анализа результатов математического и физического моделирования. Результаты и научная новизна. Проведённые исследования подтвердили корреляцию результатов физического и математического моделирования, а также показали, что использование физического моделирования является эффективным методом получения объективной оценки эксплуатационных свойств проектируемого автопоезда. В статье рассматриваются ограничения и границы использования масштабируемого транспортного средства для изучения его динамики. Представлены вопросы обоснованности параметров модели, приведены условия динамического сходства и результаты физического моделирования динамики активного автопоезда.

Практическая значимость

Практическая значимость. Физическое моделирование натурного образца с помощью масштабной модели снижает затраты и время при разработке активного автопоезда с новыми техническими решениями, а также повышает достоверность полученных при математическом и физическом моделировании результатов.

Introduction (problem statement and relevance). The article describes a physical model of a road train with active drive of semi-trailer wheels. The results of research tests of the physical model are given, with the help of which the adequacy of the mathematical models of dynamics of the road train as a part of a truck tractor and semi-trailer with active wheel drive is evaluated. The purpose of the study is estimation of efficiency of the technical solutions aimed at increase of vehicle passability and maneuverability.

Methodology and research methods. In the course of the study the method of analysis of results of tests of the operating active road train scaled mock-up, the method of comparative analysis of the results of mathematical and physical modelling have been used. Scientific novelty and results. The performed studies confirmed correlation of the physical and mathematical modelling results, as well as indicated that the use of physical modelling serves as an efficient method to obtain an objective assessment of operational properties of the designed road train. The article considers constraints and limitations of using a scalable vehicle to study its dynamics. Matters of model parameters validity, conditions for dynamic similarity, and physical modelling results for active road train dynamics are given.

Practical significance. Physical modelling of a (full-)scale sample using a scaled model reduces the costs and time when developing an active road train with new technical solutions, and increases reliability of the results obtained through the mathematical and physical modelling.

физическая модельактивный автопоездфизическое моделирование динамики автопоездаphysical modelactive road trainphysical modelling of road train dynamicsReferencesГухман А.А. Введение в теорию подобия. – М.: Машиностроение, 1973. – 296 с.Gukhman A.A. [Introduction to Similarity Theory]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1973. 296 p. (In Russian) 2. Sedov L.I. [Methods of similarity and dimension in mechanics. 9th ed., revised]. Moscow, Nauka Publ. (Main editorial office of physical and mathematical literature), 1981. 448 p. (In Russian)Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике / 9-е изд., перераб. – М.: Наука (Главная редакция физико-математической литературы), 1981. – 448 с.[Notations, units of measurement and terminology in physics]. Uspekhi fizicheskikh nauk, 1979, vol. 129, p. 291. (In Russian)Обозначения, единицы измерения и терминология в физике // Успехи физических наук. – 1979. – Т. 129. – С. 291.Belousov B.N., Shelomkov S.A., Kupreyanov A.A., Ksenevich T.I. [Experimental verification of a mathematical model of interaction between a wheel and a supporting surface under non-stationary rolling conditions]. Problemy mashinostroeniya i nadezhnostʼ mashin, 2009, no. 5, pp. 111–115. (In Russian)Белоусов Б.Н., Шеломков С.А., Купреянов А.А., Ксеневич Т.И. Экспериментальная верификация математической модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью при нестационарных режимах качения // Проблемы машиностроения и надёжность машин. – 2009. – № 5. – С. 111–115.Novikov I.I., Borishanskiy V.M. [Similarity theory in thermodynamics and heat transfer]. Moscow, Atomizdat Publ., 1979. 184 p. (In Russian)Новиков И.И., Боришанский В.М. Теория подобия в термодинамике и теплопередаче. – М.: Атомиздат, 1979. – 184 с.Klayn S.Dzh. [Similarity and approximate methods. Translation from English. Ed. by Aladʼev I.T. and Voskresenskiy K.D.]. Moscow, Mir Publ., 1968. 302 p. (In Russian)Клайн С.Дж. Подобие и приближённые методы: перевод с англ. / под ред. И.Т. Аладьева и К.Д. Воскресенского. – М.: Мир, 1968. – 302 с.Ivanov I.E., Ereshchenko V.E. [Methods of similarity of physical processes: textbook]. Moscow, MADI Publ., 2015. 144 p. (In Russian)Иванов И.Е., Ерещенко В.Е. Методы подобия физических процессов: учеб. пособие. – М.: МАДИ, 2015. – 144 с. 8. Основы теории подобия: конспект лекций / Владим. гос. ун-т; сост. К.И. Зуев. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. – 51 с.[Fundamentals of similarity theory: lecture notes / Vladim. state University; comp. Zuev K.I.]. Vladimir, VGU Publ., 2011. 51 p. (In Russian)Belousov B., Ksenevich T., Vantsevich V., Komissarov D. 8х8 Platform for Studying Terrain Mobility and Traction Performance of Unmanned Articulated Ground Vehicles with Steered Wheels / SAE 2013 Commercial Vehicle Engineering Congress, 1 October 2013, Rosemont, Illinois, USA. URL: http://papers.sae.org/2013-01-2356 (дата обращения: 30.01.2023).Belousov B., Ksenevich T., Vantsevich V., Komissarov D. 8х8 Platform for Studying Terrain Mobility and Traction Performance of Unmanned Articulated Ground Vehicles with Steered Wheels. SAE 2013 Commercial Vehicle Engineering Congress, 1 October 2013, Rosemont, Illinois, USA. Available at: http://papers.sae.org/2013-01-2356 (accessed 30 January 2023).Brennan S., Alleyne A. Using a scale testbed: Controller design and evaluation // IEEE Control Syst. Mag. 2001. – V. 21. – No. 1. – P. 15–26.Brennan S., Alleyne A. Using a scale testbed: Controller design and evaluation. IEEE Control Syst. Mag., 2001, vol. 21, no. 1, pp. 15–26.Beato M., Ciaravola V., Russo M., Volpe A. Lateral tyre force by a Milliken test on a flat track roadway simulator // Veh. Syst. Dyn. – 2000. – V. 34. – No. 2. – P. 117–129.Beato M., Ciaravola V., Russo M., Volpe A. Lateral tyre force by a Milliken test on a flat track roadway simulator. Veh. Syst. Dyn., 2000, vol. 34, no. 2, pp. 117–129.Schultz G., Tong I., Kefauver K., Ishibashi J. Steering and handling testing using roadway simulator technology // Int. J. Vehicle Systems Modeling and Testing. – 2005. – V. 1. – No. 1/2/3. – P. 32–47.Schultz G., Tong I., Kefauver K., Ishibashi J. Steering and handling testing using roadway simulator technology. Int. J. Vehicle Systems Modeling and Testing, 2005, vol. 1, no. 1/2/3, pp. 32–47.Henry R.D. Automatic ultrasonic headway control for a scaled robotic car. Master’s thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, 2001. 14. Lapapong S. Vehicle similitude modeling and validation of the Pennsylvania State University rolling roadway simulator. Master’s thesis, The Pennsylvania State University, University Park, PA, 2007.Henry R.D. Automatic ultrasonic headway control for a scaled robotic car. Master’s thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, 2001.Bevly D.M., Sheridan R., Gerdes J.C. Integrating INS sensors with GPS velocity measurements for continuous estimation of vehicle sideslip and tire cornering stiffness / Proc. Amer. Control Conf., vol. 1, Arlington, VA, June 2001, pp. 25–30.Lapapong S. Vehicle similitude modeling and validation of the Pennsylvania State University rolling roadway simulator. Master’s thesis, The Pennsylvania State University, University Park, PA, 2007.Kim H.-J., Park Y.-P. Investigation of robust roll motion control considering varying speed and actuator dynamics // Mechatronics. – 2004. – V. 14. – No. 1. – P. 35–54.Bevly D.M., Sheridan R., Gerdes J.C. Integrating INS sensors with GPS velocity measurements for continuous estimation of vehicle sideslip and tire cornering stiffness. Proc. Amer. Control Conf., vol. 1, Arlington, VA, June 2001, pp. 25–30.Takano S., Nagai M., Taniguchi T., Hatano T. Study on vehicle dynamics for improving roll stability // JSAE Review. – 2003. – V. 24. – No. 2. – P. 149–156.Kim H.-J., Park Y.-P. Investigation of robust roll motion control considering varying speed and actuator dynamics. Mechatronics, 2004, vol. 14, no. 1, pp. 35–54.Cameron J., Brennan S. A comparative, experimental study of model suitability to describe vehicle rollover dynamics for control design / Proc. 2005 ASME IMECE, vol. 74 DSC, no. 1 Part A, Orlando, FL, Nov. 2005, pp. 405–414.Takano S., Nagai M., Taniguchi T., Hatano T. Study on vehicle dynamics for improving roll stability. JSAE Review, 2003, vol. 24, no. 2, pp. 149–156.Падалкин Б.В., Горелов В.А., Чудаков О.И. Повышение энергоэффективности автопоезда при движении в тяжёлых дорожных условиях за счёт выбора рациональных параметров систем привода прицепных звеньев // Труды НАМИ. – 2017. – № 1 (268). – С. 60–66.Cameron J., Brennan S. A comparative, experimental study of model suitability to describe vehicle rollover dynamics for control design. Proc. 2005 ASME IMECE, vol. 74 DSC, no. 1 Part A, Orlando, FL, Nov. 2005, pp. 405–414.Белоусов Б.Н., Щербин А.М., Лапенков Р.А., Лысков А.Н. Анализ архитектуры систем управления автомобилем // Автомобильная промышленность. – 2022. – № 3. – С. 10–15. EDN UHCJQU.Padalkin B.V., Gorelov V.A., Chudakov O.I. [Increasing of road train energy efficiency in heavy road conditions by means of rational parameters selection of trailer drive system]. Trudy NAMI, 2017, no. 1 (268), pp. 60–66. (In Russian)Белоусов Б.Н., Келлер А.В., Бахмутов С.В., Харитончик С.В., Бердников А.А. Основы принципов построения системы управления трёхзвенным автопоездом // Автомобильная промышленность. – 2020. – № 3. – С. 8–15. EDN XFHHIV.Belousov B.N., Shcherbin A.M., Lapenkov R.A., Lyskov A.N. [Analysis of the architecture of car control systems]. Avtomobilʼnaya promyshlennostʼ, 2022, no. 3, pp. 10–15. EDN UHCJQU. (In Russian)Белоусов Б.Н., Лапенков Р.А., Стариков А.Ф., Щербин А.М. Особенности математического моделирования при создании активного автопоезда // Грузовик. – 2023. – № 3. – С. 3–9. DOI: 10.36652/1684-1298-2023-3-3-9.Belousov B.N., Keller A.V., Bakhmutov S.V., Kharitonchik S.V., Berdnikov A.A. [Bases of construction principles management systems for three-linked train train]. Avtomobilʼnaya promyshlennostʼ, 2020, no. 3, pp. 8–15. EDN XFHHIV. (In Russian)Belousov B.N., Lapenkov R.A., Starikov A.F., Shcherbin A.M. [Features of mathematical modeling when creating an active road train]. Gruzovik, 2023, no. 3, pp. 3–9. DOI: 10.36652/1684-1298-2023-3-3-9. (In Russian)Belousov B.N., Lapenkov R.A., Starikov A.F., Shcherbin A.M. [Features of mathematical modeling when creating an active road train]. Gruzovik, 2023, no. 3, pp. 3–9. DOI: 10.36652/1684-1298-2023-3-3-9. (In Russian)

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