Модернизация управляющей и измерительной систем стенда «Грунтовый канал» и разработка математической модели движения колеса в условиях стенда

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. 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. 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.

1. Kruger J., Rogg A., Gonzalez R. Estimating Wheel Slip of a Planetary Exploration Rover via Unsupervised Machine Learning // 2019 IEEE Aerospace Conference. – March 2019.

2. 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.

3. Gonzalez R., Apostolopoulos D., Iagnemma K. Improving rover mobility through traction control: simulating rovers on the Moon // Autonomous Robots. – No. 43 (2). – March 2019.

4. 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.

5. Ma H., Yang H., Li Q., Liu Sh. A geometry-based slip prediction model for planetary rovers // Computers & Electrical Engineering. – September 2020. – 86:106749.

6. 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.

7. Горелов 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.

8. 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.

9. 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.

10. Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник / В.В. Ларин. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 391 с.: ил.

11. Рождественский Ю.Л. Анализ и прогнозирование тяговых качеств колёсных движителей планетоходов: дисс. ... канд. техн. наук. – М., 1982. – 260 с.

12. Петрушов В.А., Шуклин С.А., Московкин В.В. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. – М.: Машиностроение, 1975. – 225 с.

13. Петрушов В.А., Московкин В.В., Евграфов А.Н. Мощностной баланс автомобиля. – М.: Машиностроение, 1984. – 160 с.