Principle of control of wheeled vehicle, based on desynchronization of rotational speeds of the steered wheels taking into account the effect of suspension travel

Shelemetev Andrei Mikhailovich graduate student, Department of Information and Computing Systems, Volga State University of Technology 424000, Rossiya, respublika Mariy El, g. Yoshkar-Ola, pl. Lenina, 3 andrey.shelemetev@gmail.com

При управлении колеснгым транспортным стредством всегда есть неоходимость в принудительном изменении траектории его движения, т.е. в системе рулевого управления, работа которой основана на том, что угол поворота управляющих колес изменяется через рулевой механизм (за счет внешнего усилия). Что требует кинематической связи рулевого механизма и рулевого привода и, соответственно, усложнение конструкции машины ^[4]. В связи с этим возникает вопрос: а нельзя ли избежать такого усложнения? Оказывается, можно, если применить рулевое управление, основанное на разности скоростей вращения управляющих колес.

Такой способ поворота колесного транспортного средства посредством рулевого привода, включающего трапецию с поворотными рычагами и колеса, осуществляется за счет принудительного изменения величины скорости вращения задающего колеса, которое начинает изменять своё положение, изменяя угол поворота поворотного рычага, кинематически связанного через трапецию с другим поворотным рычагом, который в свою очередь отклоняется в другую сторону, изменяет положение второго колеса ^[1]. При этом поворот осуществляют за счет увеличения скорости вращения задающего внешнего колеса относительно заданной при движении траектории поворота и/или за счет уменьшения скорости вращения задающего внутреннего колеса относительно заданной при движении траектории поворота ^[2].

Недостатком такого способа управления является то, что при расчете требуемых скоростей вращения колес не учитывается дополнительный путь, который проделывает каждое из колес при движении по неровной поверхности и, как следствие, приводит к ошибке управления.

В связи с этим актуальным является создание более эффективного управления поворотом колесного транспортного средства за счет использования разности скоростей вращения управляемых колес, отличающийся тем, что для расчета требуемых скоростей вращения колес учитывается дополнительный путь, который проделывает каждое из колес при движении по неровной поверхности.

Это достигается тем, что в способе поворота колесного транспортного средства посредством рулевого привода, включающего трапецию с поворотными рычагами и колеса, за счет принудительного изменения величины скорости вращения задающего колеса, которое начинает изменять своё положение, изменяя угол поворота поворотного рычага, кинематически связанного через трапецию с другим поворотным рычагом, который в свою очередь отклоняется в другую сторону, изменяет положение второго колеса. при этом поворот осуществляют за счет увеличения скорости вращения задающего внешнего колеса относительно заданной при движении траектории поворота и/или за счет уменьшения скорости вращения задающего внутреннего колеса относительно заданной при движении траектории поворота особенность заключается в том, что учитывается влияние неровностей поверхности, по которой движется транспортное средство, путем вычисления производной величины угла между поворотным рычагом и горизонталью каждого из колес, что в свою очередь позволяет определить увеличение пути и, как следствие, определить требуемую скорость каждого колеса.

На рис.1 изображен вектор моментальной скорости колеса при его наезде на неровность.

Рис.1

Способ осуществляется следующим образом.

Пусть, колесное транспортное средство имеет независимую подвеску колес, прямолинейно движется и на пути одного из его рулевых колес встречается неровность. Чтобы компенсировать увеличение пути этого колеса и сохранить прежнее направление движения транспортного средства, скорость данного колеса нужно увеличить. Для определения, каким должно быть это увеличение, отложим (рис. 1) от оси (O) вращения колеса векторы моментальных скоростей по вертикали (H) и по горизонтали (V). Тогда модуль вектора моментальной скорости V’ можно вычислить по формуле (1).

`V' =sqrt(V^2 + H^2)` (1)

Допустим, далее, что рама транспортного средства при его движении не меняет угол своего наклона по всем трем осям и движется прямолинейно с постоянной скоростью. Тогда моментальная скорость V колеса по горизонтали будет равна скорости транспортного средства. Моментальная же скорость H подъема колеса по вертикали вычисляется из треугольника, образуемого рычагом колеса длинной l, высотой h подъема колеса и проекцией рычага на плоскость рамы. При этом высоту h подъема колеса можно выразить через формулу (2) длины l рычага и синус угла между рычагом и плоскостью рамы.

`h = l sin theta` (2)

Значит, моментальное изменение h’ высоты h будет определятся формулой (3).

`h' = l cos theta` (3)

Она фактически показывает, как изменится катет h при изменении угла на l радиан при угле `theta.`

Умножив эту функцию на производную `(d theta)/dt` угла (моментальная скорость изменения угла), получим моментальную скорость - изменение высоты h по времени, формула (4).

`H = (d theta)/dt l cos theta` (4)

Таким образом, скорость каждого из колес транспортного средства при движении по неровности будут подчиняться следующему закону, формула (5):

`V'_(i) = sqrt(((VR_(i))/R)^2 + ((d theta_(i))/(dt)l cos theta_(i))^2)` (5)

где R – радиус движения транспортного средства при повороте; – радиус движения i-го колеса.

Следовательно, угловые скорости их вращения (`omega_(i)` ) будут рассчитываться по формуле (6), где r – радиус колеса:

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

`omega_(i) = (V'_(i)) /(2pi r)` (6)

Таким образом, можно управлять поворотом колес транспортного средства по выбранному закону, обеспечивая необходимые условия для поворота с учетом неровностей поверхности движения колесного транспортного средства.

` `

` `