К вопросу оценки управляемости гусеничных поездов на этапе проектирования с использованием комплекса натурно-математического моделирования

Введение (постановка задачи и актуальность). В связи с интенсивным развитием и внедрением систем дистанционного управления транспортными средствами с различной степенью автономности движения актуальным становится вопрос обеспечения требуемого уровня безопасности. При транспортировке крупногабаритных и тяжеловесных грузов вне дорог дистанционно управляемыми гусеничными поездами целесообразно применять методы натурно-математического моделирования для оценки показателей эксплуатационных свойств гусеничных поездов, связанных с недетерминированными управляющими воздействиями водителя-оператора, на этапе проектирования.

Цель исследования – оценка управляемости гусеничных поездов для перевозки грузов вне дорог с использованием комплекса натурно-математического моделирования.

Методология и методы. Для оценки управляемости гусеничных поездов сформированы требования математической модели для комплекса натурно-математического моделирования, с учётом которых разработана математическая модель движения гусеничного поезда. Используя метод натурно-математического моделирования, производится оценка управляемости гусеничного поезда при движении по траектории типа «змейка».

Результаты и научная новизна. Методы, представленные в настоящей работе, и разработанная математическая модель, пригодная для использования в комплексе натурно-математического моделирования, позволяют на этапе проектирования определять показатели эксплуатационных свойств гусеничных поездов, связанных с недетерминированными управляющими воздействиями водителя-оператора и с возмущающим воздействием со стороны дорожно-грунтовых условий. Новизна работы заключается в разработанной математической модели и возможности её применения в комплексе натурно-математического моделирования для исследования эксплуатационных свойств и нагрузочных режимов беспилотных гусеничных поездов. В результате проведённого исследования произведена оценка управляемости гусеничных поездов при движении по траектории типа «змейка» и оценка нагруженности трансмиссии гусеничных поездов.

Практическая значимость. Разработанная математическая модель позволяет на этапе проектирования определять показатели эксплуатационных свойств гусеничных поездов с использованием комплекса натурно-математического моделирования. Кроме этого, при выполнении виртуальных заездов можно получить данные о режимах работы трансмиссии и выбрать требуемые её характеристики.

1. Evseev K.B. Mobility of vehicles for transportation of heavy indivisible load in the Far North and methods of mobility estimation // Journal of Physics: Conference Series. ‒ 2021. ‒ No. 2061. ‒ P. 12095.

2. Бузунов Н.В. Метод разработки законов управления нагружателем рулевого колеса при отсутствии «жёсткой» связи в системе управления поворотом колёсных машин: дисс. … канд. техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. – 186 c.

3. Евсеев К.Б. Иерархия эксплуатационных свойств транспортных средств для перевозки тяжёлых неделимых грузов в условиях Крайнего Севера // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. ‒ 2021. – № 2 (133). – C. 74–84.

4. Evseev K., Kositsyn B., Kotiev G. et al. Development of the conceptual design of vehicles for off-road container transportation for mining applications // E3S Web of Conferences. ‒ 2021. ‒ No. 326. ‒ P. 25.

5. Soltani A., Assadian F. A Hardware-in-the-Loop facility for integrated vehicle dynamics control system design and validation // IFAC-PapersOnLine. ‒ 2016. ‒ No. 49. ‒ P. 32–38.

6. Tumasov A.V., Vashurin A.S., Trusov Y.P. et al. The Application of Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation for evaluation of active safety of vehicles equipped with electronic stability control (ESC) systems // Procedia Computer Science. ‒ 2019. ‒ No. 150. ‒ P. 309–315.

7. Shao Y., Mohd Zulkefli M.A., Sun Z. et al. Evaluating connected and autonomous vehicles using a hardware-inthe-loop testbed and a living lab // Transportation Research Part C: Emerging Technologies. ‒ 2019. ‒ No. 102. ‒ P. 121–135.

8. Wang C., Xiong R., He H. et al. Comparison of decomposition levels for wavelet transform based energy management in a plug-in hybrid electric vehicle // Journal of Cleaner Production. ‒ 2019. ‒ No. 210. ‒ P. 1085–1097.

9. Zhang H., Zhang Y., Yin C. Hardware-in-the-Loop Simulation of Robust Mode Transition Control for a Series– Parallel Hybrid Electric Vehicle // IEEE Transactions on Vehicular Technology. ‒ 2016. – No. 65. – P. 1059–1069.

10. Fodor D., Enisz K. Vehicle dynamics based ABS ECU verification on real-time hardware-in-the-loop simulator / 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition. – P. 1247–1251.

11. Hahlbrock GmbH – Faserverstärkte Kunststoffe. URL: http://www.hahlbrock.de/fvk/en/projekte/forschungsanlagen/daimler_fahrsimulatordom_en.php (дата обращения: 08.01.2022).

12. 4DOF motion simulators. URL: http://www. motion-sim.cz/new/ (дата обращения: 08.01.2022).

13. Косицын Б.Б., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В., Падалкин Б.В., Стадухин А.А. Определение характеристик трансмиссий колёсных и гусеничных машин с индивидуальным электроприводом ведущих колёс // Труды НАМИ. ‒ 2019. – № 3 (278). – С. 22–35.

14. Косицын Б.Б., Мирошниченко А.В., Стадухин А.А. Моделирование реализаций случайных функций характеристик дорожно-грунтовых условий при исследовании динамики колёсных и гусеничных машин на этапе проектирования // Известия МГТУ МАМИ. ‒ 2019. – № 3 (41). ‒ C. 36–46.

15. Красненьков В.И., Харитонов С.А. Динамика криволинейного движения транспортной гусеничной машины // Труды МВТУ им. Н.Э. Баумана. ‒ 1980. – № 339. – C. 3–67.

16. Рождественский Ю.Л., Машков К.Ю. О формировании реакций при качении упругого колеса по недеформируемому основанию // Труды МВТУ. ‒ 1982. – № 390. – C. 56–64.

17. Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля. – М.: Машиностроение, 1975. – 216 c.

18. Дик А.Б. Расчёт стационарных и нестационарных характеристик тормозящего колеса при движении с уводом: дисс. … канд. техн. наук. – Омск: САДИ, 1988. – 224 c.

19. Стадухин А.А. Научные методы определения рациональных параметров электромеханических трансмиссий высокоподвижных гусеничных машин: дисс. … д-ра техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. – 317 c.

20. Горелов В.А., Косицын Б.Б., Мирошниченко А.В. [и др.] Метод определения характеристик индивидуального тягового электропривода двухзвенной гусеничной машины на этапе проектирования // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. ‒ 2019. – № 3 (126). – C. 120–134.

21. Котиев Г.О., Падалкин Б.В., Мирошниченко А.В. [и др.] Теоретические исследования подвижности быстроходных гусеничных машин с электротрансмиссиями / Материалы международной научно-практической конференции / Под редакцией И.А. Каляева, Ф.Л. Черноусько, В.М. Приходько. ‒ 2018. – C. 27–36.

22. Фаробин Я.Е. Теория поворота транспортных машин. – М.: Машиностроение, 1970. – 176 c.

23. Смирнов Г.А. Теория движения колёсных машин. Учебник для машиностроительных спец. вузов. 2 изд. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 c.

24. Закин Я.Х., Щукин М.М., Марголис С.Я., Ширяев П.П., Андреев А.С. Конструкция и расчёт автомобильных поездов. – Л.: Машиностроение, 1968. – 332 c.

25. Горелов В.А. Научные методы повышения безопасности и энергоэффективности движения многоосных колёсных транспортных комплексов: дисс. … д-ра техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 336 c.

26. Чудаков О.И. Разработка закона распределения мощности между звеньями при прямолинейном движении автопоезда на основе анализа силовых факторов в сцепном устройстве: дисс. … канд. техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. – 146 c.

27. Горелов В.А., Косицын Б.Б., Мирошниченко А.В. [и др.] Регулятор системы управления поворотом быстроходной гусеничной машины с индивидуальным приводом ведущих колёс // Известия МГТУ МАМИ. ‒ 2019. – № 4 (42). – C. 21–28.

28. Бекетов С.А. Теория управляемого движения гусеничных машин. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. – 125 c.

29. Евсеев К.Б. Сравнительные исследования маневренности гусеничных поездов для транспортировки контейнеров // Тракторы и сельхозмашины. ‒ 2021. – № 6. – С. 54–67.

30. Волков А.А. Повышение скорости движения в повороте быстроходной гусеничной машины на основе совершенствования алгоритмов управления движением: дисс. … канд. техн. наук. – Курган, 2018. – 180 c.

31. Шапкин А.Н. Методика оценки управляемости гусеничных машин / Материалы 77-й международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров». ‒ М., 2012. – C. 243–252.

32. Спирин Н.А., Лавров В.В., Зайнуллин Л.А., Бондин А.Р., Бурыкин А.А. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: учебное пособие / Под. ред. Н.А. Спирина. – Екатеринбург: ООО «УИНЦ», 2015. – 290 c.