Обоснование принципов стабилизации движения сочленённого электробуса с задней толкающей секцией

Введение (постановка задачи и актуальность). В настоящее время необходимость внутригородских перевозок пассажиров становится острее. В России и за рубежом автобусы и электробусы повышенной вместимости, среди которых сочленённые и двухэтажные, зарекомендовали себя с хорошей стороны и их эксплуатация широко распространена. Особенно важно это для городов, в которых отсутствует сеть скоростного транспорта. Как следствие, в таких городах нагрузка от пассажиропотока ложится на наземный транспорт, основным видом которого является автобус или электробус.

Целью исследования является повышение устойчивости движения сочленённого электробуса с задней толкающей секцией за счёт введения упругодемпфирующей связи в узле сочленения. Методология и методы. Использованы методы имитационного моделирования.

Результаты и научная новизна. Показано, что устойчивое движение сочленённого электробуса с задней ведущей осью может быть обеспечено путём введения упругодемпфирующей связи в сцепном устройстве. Коэффициент демпфирования должен быть переменным и зависящим от величины угла складывания секций электробуса. Предложена схема гидравлической системы для сцепки электробуса, состоящая из двух гидроцилиндров, гидроаккумулятора и золотниковых устройств, обеспечивающая создание упругодемпфирующей связи между секциями. Анализ дифференциальных уравнений движения передней секции показал, что её прямолинейное движение является неустойчивым. Для обеспечения устойчивости её движения в шарнирном сочленении электробуса необходимо создать упругий восстанавливающий момент, направленный против угла складывания секций. Криволинейное движение задней секции является устойчивым.

Практическая значимость. Установлено, что введение переменного дросселирования в системе складывания секций сочленённого электробуса с задней толкающей секцией повышает устойчивость его движения при совершении манёвра «поворот» на опорных поверхностях с низкими сцепными свойствами.

1. Zhan W., Liu C., Chan C.-Y., Tomizuka M. A Non-Conservatively Defensive Strategy for Urban Autonomous Driving / IEEE International Conference on Intelligent Transportation Systems. - Rio de Janeiro, Brazil, 2016. -P. 459-464.

2. Zhileykin M., Skotnikov G. The method of increasing the stability of trailer-trucks in case of emergency braking in a turn and emergency failure of the trailer brake system / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - V. 820, Design Technologies for Wheeled and Tracked Vehicles (MMBC) 2019 1-2 October 2019. -Moscow, Russian Federation, 2019. DOI: 10.1088/1757-899X/820/1/012017.

3. Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., Dya-kov A.S. Designs and development of Russian scientific schools in the field of cross-country ground vehicles building // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2017. - V. 12. - No. 4. - P. 1064-1071.

4. Paden B., Cap M., Yong S.Z., Yershov D., Frazzoli E. A Survey of Motion Planning and Control Techniques for Self-driving Urban Vehicles // IEEE Transactions on Intelligent Vehicles. - 2016. - V. 1. - No. 1. - P. 33-55.

5. Qian X., Fortelle A. de La, Moutarde F. A Hierarchical Model Predictive Control Framework for On-road Formation Control of Autonomous Vehicles / IEEE Intelligent Vehicles Symposium. - Gothenburg, Sweden, 2016. - P. 376-381.

6. Gao Y., Gray A., Tseng H.E., Borrelli F. A tubebased robust nonlinear predictive control approach to semiautonomous ground vehicles // Vehicle System Dynamics. - 2014. - V. 52. - No. 6. - P. 802-823.

7. Laumond J.-P. Feasible trajectories for mobile robots with kinematic and environment constraints / Intelligent Autonomous Systems, An International Conference. - Amsterdam, The Netherlands: North-Holland Publishing Co., 1987. - P. 346-354.

8. Kuwata Y., Karaman S., Teo J., Frazzoli E., How J.P., Fiore G. Real-Time Motion Planning With Applications to Autonomous Urban Driving // IEEE Transactions on Control Systems Technology. - 2009. - V. 17. - No. 5. -P. 1105-1118.

9. Rajamani R. Vehicle Dynamics and Control. -Springer, 2012. - 497 p.

10. Coulter R.C. Implementation of the Pure Pursuit Path Tracking Algorithm. - Carnegie Mellon University, 1992.

11. Menhour L., d'Andr'ea Novel B., Fliess M., Mou-nier H. Coupled nonlinear vehicle control: Flatness-based setting with algebraic estimation techniques // Control Engineering Practice. - 2013. - V. 22. - No. 1. - P. 135-146.

12. Falcone P., Tufo M., Borrelli F., Asgari J., Tseng H. A linear time varying model predictive control approach to the integrated vehicle dynamics control problem in autonomous systems / 46th IEEE Conference on Decision and Control. - New Orleans, LA, USA, 2007. - P. 2980-2985.

13. Gao Y., Lin T., Borrelli F., Tseng E., Hrovat D. Predictive Control of Autonomous Ground Vehicles With Obstacle Avoidance on Slippery Roads / ASME Conference Proceedings. - 2010. - V. 2010. - P. 265-272.

14. Astrom K.J., Hagglund T. PID Controllers: Theory, Design, and Tuning. - Instrument Society of America: Research Triangle Park, 1995.

15. Zhileykin M.M., Eranosyan A.V. Improving Stability and Controllability of Two-Axial Vehicles with a Connectable Front Axle by Redistributing Torque between the Axles // BMSTU Journal of Mechanical Engineering. -2018. - No. 4 (697). - P. 35-41.

16. Zakin Ya.H. Maneuverability of the car and road train. - Moscow: Transport, 1986. - 136 p.

17. Алфутов Н.А., Колесников К.С. Устойчивость движения и равновесия: Учеб. для вузов / Под ред. К.С. Колесникова; 2-е изд. стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 256 с.

18. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов. -М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

19. Жилейкин М.М., Котиев Г.О. Моделирование систем транспортных средств: учебник. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. - 239 с. ISBN: 978-5-7038-5351-1.