СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОПРИВОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ МНОГООСНОЙ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2011 года по МПК B60L15/20 H02P5/46 

Изобретение относится к области колесных транспортных средств, в том числе многоосных транспортных средств большой и особо большой грузоподъемности с индивидуальными электроприводами колес. Изобретение предназначено для обеспечения функционирования системы автоматизированного управления (САУ) тяговыми электродвигателями (ТЭД) мотор-колес колесного автомобильного транспортного средства (АТС) с любой колесной формулой и с любой схемой поворота. Способ управления многоприводной электрической трансмиссией предусматривает наличие датчика угла поворота рулевого колеса, датчика положения полюса поворота, переключателя режимов движения «вперед-назад», датчика угла отклонения педали линейной скорости транспортного средства.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ управления автомобильным транспортным средством, реализованный в системе управления вращающими моментами множества колес автомашины, включающей: один или более датчиков скорости для того, чтобы определить скорость для каждого колеса; датчик ускорения отклонения от курса транспортного средства для того, чтобы определить фактическое ускорение отклонения от курса транспортного средства; датчик вращающего момента определяет направление транспортного средства и заданную величину вращающего момента для транспортного средства; электронное контрольное устройство для обработки данных от датчиков скорости, датчика ускорения отклонения от курса транспортного средства, датчика ускорения отклонения от курса и вращающего момента, чтобы сформировать сигналы вращающего момента для множества колес; и один или более формирователей сигналов вращающего момента, реагирующих на сигналы вращающего момента, чтобы изменить вращающий момент, управляющих каждым из множества колес таким образом, что колеса обеспечивают либо ускорение, либо замедление в зависимости от намерения водителя и обеспечиваемого тягового усилия (заявка US 2004176899).

Способ управления, реализованный в данной системе, направлен на повышение устойчивости автомобиля, предотвращение рыскания, в том числе и на поверхностях с плохим сцеплением (мокрый асфальт, лед и т.п.).

Однако этот способ управления предназначен для автомобилей 4×2 или 4×4, преимущественно легковых, для которых важна устойчивость движения, с механической, гибридной или электрической трансмиссией. При этом обеспечивается управление крутящими моментами и угловыми скоростями колес соответственно механической, гибридной или электрической трансмиссиями с реализацией функции ПБС/АБС (ASR/ABS), т.е. предотвращается излишняя раскрутка (буксование) колес в тяговом режиме и блокировка колес в тормозном режимах, что обусловлено свойствами механической дифференциальной трансмиссии и электрической трансмиссии с реализацией в ней так называемого электрического дифференциала.

Данный способ управления предназначен для использования при движении автомобиля на больших скоростях по криволинейному пути, т.е. когда возникают и решаются вопросы устойчивости и управляемости за счет механической дифференциальной трансмиссии или электрической трансмиссии с электрическим дифференциалом, различных угловых скоростей колес при криволинейном движении автомобиля, при их различном радиусе, из-за погрешностей при изготовлении, различного давления воздуха в шинах, различной нагрузки на колесо, износа и т.п.

Заявленный способ предназначен в первую очередь для использования на многоосных полноприводных АТС (8×8 и более), для которых на сегодня считается более важной проходимость и экономичность и для них считается наиболее рациональной электрическая трансмиссия с электромотор-колесами, для управления которой и предлагается данный способ.

Одной из особенностей трансмиссий таких многоосных полноприводных АТС является возникновение таких ситуаций, как самопроизвольный переход некоторых колес от тяги к торможению (это называется «циркуляцией» мощности), что, естественно, негативно и этого нужно избегать, что и позволяет данный способ управления.

Технический результат способа управления заключается в реализации максимально возможных тяговых сил по колесам, чтобы в случае необходимости обеспечить максимально интенсивный разгон АТС или для преодоления внешних сил сопротивления движению (тяжелые дорожные условия), и в минимизации потерь в электрической трансмиссии и катящихся колесах для минимизации расхода топлива при управлении многоосными полноприводными АТС, оснащенными электрической трансмиссией с электромотор-колесами.

В основе предложенного способа лежит следящее управление каждым электродвигателем электромотор-колеса в отдельности по угловой скорости. Управление данным образом одним электродвигателем известно и хорошо отработано, предложенный способ обеспечивает управление многоприводной трансмиссией, в которой каждое из колес может оказываться в различных условиях по сцеплению и по сопротивлению качения.

Способ управления не предполагает движение АТС с большими скоростями, это не нужно для многоосных АТС, поэтому устойчивость и управляемость АТС не важна. Важны проходимость, тяга, интенсивность разгона и экономичность, что и обеспечивается в предложенном способе управления.

Технический результат достигается тем, что в способе управления многоприводной электрической трансмиссией многоосной колесной машины предусмотрено задание водителем потребной скорости движения многоосной колесной машины, преобразование сигнала задания потребной скорости в сигналы задания угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес, измерение текущей угловой скорости тягового электродвигателя каждого колеса, определение направления крутящего момента (что является гораздо более дешевым и более просто технически реализуется аппаратно, чем измерение не только знака - т.е. направления крутящего момента, но и его числового значения, как в заявке US 2004176899), сравнение указанной текущей угловой скорости с угловой скоростью, соответствующей упомянутому сигналу задания угловой скорости вращения тягового электродвигателя с поправкой, учитывающей радиусы кривизны окружностей, по которым движутся колеса, при движении машины по криволинейному участку, корректировка текущей угловой скорости вращения каждого колеса путем регулирования мощности, подводимой к тяговому электродвигателю колеса, и приведение знака его крутящего момента в соответствие с текущим режимом тяги или торможения колеса.

При этом задают диапазон изменения угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес и осуществляют коррекцию угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес в пределах указанного диапазона; коррекцию угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес осуществляют в заданного промежутка времени. Возможно обеспечение нескольких зависимостей угловой скорости вращения тягового электродвигателя колес от положения органа управления потребной скоростью движения колесной машины, переключения между которыми осуществляют автоматически по заданному алгоритму.

В способе управления могут быть реализованы три альтернативных варианта предотвращения буксования тяговых колес. Так корректировка угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей каждого колеса при буксовании колеса, осуществляемая в сторону уменьшения угловой скорости до прекращения буксования, может быть произведена с использованием в качестве контролируемой величины значения отношения продольного ускорения корпуса колесной машины к угловому ускорению каждого из колес; значения коэффициента проскальзывания каждого колеса, определяемого по соотношению угловой скорости колеса и линейной скорости колесной машины; значений коэффициента проскальзывания и крутящего момента каждого колеса.

Применение следящего управления каждым электромотор-колесом по его угловой скорости позволяет избежать их самопроизвольной раскрутки, что бывает, например, в механических дифференциальных трансмиссиях. Но скорости всех колес нужно задавать индивидуально. Для этого в способе описана процедура принудительного задания различных угловых скоростей колесам при криволинейном движении АТС, при их различном радиусе, из-за погрешностей при изготовлении, различного давления воздуха в шинах, различной нагрузки на колесо, износа и т.п.

На фиг.1 показана зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью: ω_кэу=K_шli·α, в режиме 1.

На фиг.2 показана зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью ω_кэy=К_ш2·α, в режиме 2.

На фиг.3 показан график изменения постоянной времени (в контуре управляющего воздействия УСЭК ω_кэу) для режима №2.

На фиг.4 показан график изменения величины постоянной времени для режима 3.

На фиг.5 показана зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью при движении задним ходом.

Регулируемыми величинами являются угловые скорости всех колес АТС.

Задачи способа: Используя преимущества индивидуального электрического привода колес, создать условия для наиболее эффективной реализации как тягово-сцепных возможностей каждого колеса АТС, так и возможностей ТЭД, чтобы обеспечить:

1. Реализацию максимально возможных тяговых сил по колесам, в случае необходимости обеспечить максимально интенсивный разгон АТС или для преодоления внешних сил сопротивления движению (тяжелые дорожные условия).

2. Минимизацию потерь в ЭТ и катящихся колесах для минимизации расхода топлива.

Устройства, формирующие входную информацию для САУ:

1. Рулевое колесо (задания направления движения АТС).

2. Задатчик положения полюса поворота (используется для задания положения полюса поворота на продольной оси АТС).

3. Переключатель режимов движения «вперед-назад» находится на панели управления.

4. Переключатель режимов К_ш (используется для задания одного из четырех режимов №1, 2, 3 и 4 движения АТС вперед), находится на панели управления. Наличие четырех режимов объясняется необходимостью имитационной и экспериментальной отработки режимов. Выбор из них оптимального должен производится в каждом конкретном случае в зависимости от требований и условий работы конкретной АТС, с помощью предложенного автором метода.

5. Педаль управления угловой скоростью (используется для задания угловой скорости эквивалентного колеса АТС).

6. Педаль управления торможением (используется для задания тормозных усилий, развиваемых тормозными механизмами АТС, и в способе управления ЭТ не используется).

Под угловой скоростью эквивалентного колеса (УСЭК) понимается - угловая скорость жесткого колеса идеальной геометрии (имеющего радиус качения в свободном режиме, равный номинальному значению, для расчетов принимается r_кс=0.52 м), находящегося по середине базы на продольной оси симметрии АТС и плоскость вращения которого совпадает с вектором мгновенной скорости данной точки машины (т.е. колесо катится по траектории движения АТС и его плоскость вращения является касательной к этой траектории).

Водитель, управляя АТС посредством органов управления, задает направление движения и линейную скорость. В движении колеса могут оказаться в разных условиях по сцеплению, тогда для максимальной реализации тягово-сцепных возможностей каждого из колес требуется задавать различное проскальзывание, через регулирование скоростей вращения колес. Задавать различные скорости вращения каждого из колес водителю просто невозможно. От него можно требовать управление линейной скоростью АТС с помощью органов управления и по данным обратной связи, которой являются показания спидометра и зрительная оценка водителем скорости. В свете этого, для создания способа регулирования угловых скоростей колес АТС и его адекватного понимания и вводится понятие УСЭК. Для данного способа принимаем, что водитель отклонением педали управления угловой скоростью будет задавать САУ линейную скорость АТС, которая будет являться произведением УСЭК на статический радиус колеса идеальной геометрии.

2 Движение вперед

2.1 Формирование исходной информации

Для движения вперед водитель переводит тумблер режимов движения «вперед-назад» в положение «Движение вперед». После этого отклонения педали управления угловой скоростью однозначно трактуются САУ как команда водителя к движению АТС вперед. Переключение тумблера режимов движения «вперед-назад» возможно только на неподвижной АТС, т.е. измеренные угловые скорости всех колес меньше или равны ω_кiизм≤±0.01 рад/с; в случае случайного переключения тумблера в процессе движения предусмотрена аппаратная блокировка с включением световой сигнализации на пульте управления.

2.2 Вычисление угловой скорости эквивалентного колеса

Водитель задает:

1. УСЭК изменением: α [°] - угла отклонение педали управления угловой скорости;

2. Криволинейное движение АТС изменением: φ_рк [°] - угла поворота рулевого колеса и γ_п [позиции] - задатчиком положения полюса поворота;

3. Один из четырех режимов №1, 2, 3 и 4 движения АТС вперед - переключателем режимов К_ш (переключатель 4-позиционный).

2.2.1 Режим движения макета №1

Переключатель режимов движения АТС К_ш находится в первом положении. Зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью считается линейной [рад/с]:

Угол отклонения педали управления угловой скорости α [°] изменяется в пределах [0, 60°]. Наибольшая УСЭК ω_кэуmax соответствует наибольшему углу отклонения педали α_max=60°.

Для повышения чувствительности органа управления УСЭК при движении с малыми скоростями АТС вводятся пять подрежимов качения эквивалентного колеса, что является некоторым аналогом многоступенчатой трансмиссии. Они характеризуются коэффициентом К_ш1i (i=1,5). Значения коэффициентов К_ш1i приведены в таблице 1.

Зависимости ω_кэiу=К_ш1i·α приведены на фиг.1.

Таблица 1 Значения коэффициентов Кш_1i i К_шi, рад/с·° ω_кэуimax, рад/с ω_кэуimin, рад/с 1 2 3 4 1 0.057 3.24 0.00 2 0.17 10.20 1.70 3 0.34 20.40 3.40 4 0.57 34.20 5.70 5 0.94 56.40 9.40

Способ управления на режиме №1 функционирует следующим образом. При отклонении педали управления угловой скорости от нулевого положения на угол α первоначально САУ выбирает подрежим К_ш11 (соответствует минимальной УСЭК ω_кэуmax1 [рад/с] при максимальном отклонении педали управления угловой скоростью). При дальнейшем отклонении педали (при увеличении значения α) САУ увеличивает значение «уставки» ω_кэу1 по формуле (1).

Переход на подрежим К_ш12 (или на K_ш1i+1) осуществляется при выполнении двух условий:

1. При достижении измеренной УСЭК ω_кэизм своего максимального значения с допуском ±2%, для подрежима К_ш12 (К_ш1i) это ω_кэуmax1±2% (ω_кэуmaxi±2%, см. табл.1).

2. При положении педали УСЭК в максимальном отклонении с допуском ±2% α=α_max=60±1.2° (что соответствует максимальному значению «уставки» ω_кэуi=(ω_кэуimax).

После перехода на К_ш12 (K_ш1i+1) происходит дальнейшее увеличение ω_кэизм до достижения значения соответствующего углу отклонения водителем педали управления угловой скоростью (до достижения значения «уставки» ω_кэу).

В случае уменьшения угла α водителем уменьшение ω_кэизм производится САУ по зависимости (1) для выбранного в данный момент К_ш1i (например, К_ш12) до достижения значения соответствующего углу отклонения водителем педали управления угловой скоростью (до достижения значения «уставки» ω_кэу).

Переход на К_ш1i-1 (в нашем примере К_ш11) осуществляется при выполнении двух условий:

1. При достижении измеренной УСЭК ω_кэизм своего значения, равного для подрежима К_ш1i ω_кэimin±2% (см. табл.1).

2. При отклонении педали УСЭК в положении α=10±1.2° (что соответствует минимальному значению «уставки» ω_кэуi=ω_кэimin).

САУ вычисляет значение измеренной УСЭК ω_кэизм для проверки выполнения первого условия перехода от К_ш1i к К_ш1i+1 (и от К_ш1i к К_ш1i-1) согласно формуле:

где ω_кэизм - измеренное значение УСЭК (реальное значение) [рад/с];

ω_кjизм - угловая скорость j-го колеса, полученная с датчика угловой скорости j-го ТЭД [рад/с];

K_vj - коэффициент корректировки угловых скоростей ТЭД при криволинейном движении зависящий от угла поворота рулевого колеса и положения задатчика полюса поворота. При прямолинейном движении (φ_рк=0 и γ_п=0) К_vj (φ_рк, γ_п)=1. Данный коэффициент позволяет почти полностью избежать «циркуляции» мощности в трансмиссии и износа шин при криволинейном движении АТС.

К_ωj - коэффициент дополнительного приращения угловой скорости j-го колеса (его значения приведены ниже);

n - число колес АТС.

При этом ω_кэизм может отличаться от значения своей «уставки» ω_кэу не более чем на ±Δω_кэiизм рад/с, которая для каждого из пяти подрежимов приведена в таблице 2.

Таблица 2 i ω_кэуimax, рад/с Δω_кэiизм, рад/с 1 2 3 1 3.24 0.20 2 10.20 0.50 3 20.40 1.10 4 34.20 2.00 5 56.40 3.00

Крайне быстрое нарастание крутящего момента на ТЭД (из-за мгновенного подведения большой электрической мощности), в случае резкого отклонения водителем педали УСЭК в максимальное положение, может привести: к значительным динамическим нагрузкам в приводе и несущей системе макета; к срыву грунта под колесами с возможной последующей потерей подвижности. Для предотвращения этого вводится инерционное звено с постоянной времени Т=1 с, в контур управляющего воздействия УСЭК ω_кэ. Это приведет к плавному нарастанию подводимой к ТЭД мощности до значения, установленного САУ за время, большое или равное 3 с. Данное инерционное звено аналогично присутствует в режимах движения №2, 3, и 4, а также при движении задним ходом.

2.2.2 Режим №2, 3 и 4

В формировании САУ УСЭК режимы №2, 3 и 4 одинаковы. Поэтому следующее описание одинаково относится как к режиму №2, так и к режимам №3 и №4. Различие в режимах представлено в п.2.3.

Переключатель режимов движения макета К_ш находится во втором (в третьем или четвертом) положении. Зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью считается линейной:

где К_ш2=0.94

Угол отклонения педали управления угловой скорости α [°] изменяется в пределах [0, 60°]. Наибольшая УСЭК ω_кэуmax=56.4 рад/с соответствует наибольшему углу отклонения педали α_max=60°. При этом ω_кэизм может отличаться от значения своей «уставки» ω_кэу не более чем на ±Δω_кэизм рад/с, где Δω_кэизм=3 рад/с. Зависимость ω_кэу приведена на фиг.2. Как и пункте 2.2.1, предусмотрено инерционное звено с постоянной времени Т=1 с.

2.3 Регулирование угловых скоростей колес

Независимо от выбранного режима движения №1, 2, 3 или 4 (т.е. независимо от положения переключателя К_ш) угловые скорости колес выставляются САУ относительно «уставки» УСЭК ω_кэу единым способом. При этом уменьшение измеренной угловой скорости i-го колеса (ω_кiизм) САУ производит посредством уменьшения подводимой к ТЭД колеса электрической мощности (вплоть до полного отключения), увеличение угловой скорости производиться посредством увеличения подводимой к ТЭД мощности.

Угловые скорости всех колес регулируются САУ, равными «уставке» УСЭК с поправкой на K_Vi(φ_рк, γ_п) с точностью регулирования не хуже ±0.1 рад/с от уставочного значения ω_кiу [рад/с]:

где ω_кiу - значение угловой скорости i-го колеса (значение «уставки» САУ) [рад/с].

То есть все ω_кiу равны между собой с погрешностью регулирования ±0.1 рад/с (при K_Vi(φ_pк, γ_п)=1) и равны ω_кэизм, которая, в свою очередь, выставляется по ω_кэу с погрешностью регулирования ±Δω_кэизм рад/с (ω_кэизм=ω_кэy±Δω_кэизм рад/с).

При выходе значения угловой скорости любого колеса ω_кiизм (реального значения) за верхнее ограничение допуска (более чем +0.1 рад/с от ω_кiу) САУ уменьшает подведение к его ТЭД электрической мощности (вплоть до полного его отключения) до вхождения ω_кiизм в допускаемый коридор, после этого продолжает подведение мощности к данному колесу. При выходе значения угловой скорости любого колеса ω_кiизм за нижнее ограничение допуска (менее чем -0.1 рад/с от ω_кiу) САУ увеличивает подведение к его ТЭД электрической мощности до вхождения ω_kiизм в допускаемый коридор.

Это позволяет исключить «циркуляцию» мощности между колесами. В случае «циркуляции» мощности продольная реакция в пятне контакта данного колеса меняет свое направление на противоположное и становится не движущей силой АТС, а силой сопротивления движению. Для предотвращения подобного явления и предложен данный способ регулирования угловой скорости вращения колес, которому можно привести в качестве некоторой аналогии механическую блокированную трансмиссию с муфтами свободного хода на каждом колесе.

Однако данный способ регулирования угловых скоростей вращения колес, как и аналогичная ему механическая блокированная трансмиссия с муфтами свободного хода, имеет существенный недостаток. Радиусы качения колес в свободном режиме могут принимать различные значения, это может быть вызвано различиями размеров колес (за счет допуска на размер, износа при эксплуатации и т.п.), нормальных нагрузок на них, давлением воздуха в шинах, кинематическим несоответствием в трансмиссии, а также их движением по различным траекториям на поворотах. Пренебрегая динамическими (кратковременными) изменениями радиусов свободного качения колес и учитывая только их статические (долговременные) изменения, рассматривается только вызванное этим статическое изменение радиусов качения колес в ведущем режиме. Следовательно, колеса с большими радиусами качения будут несколько перегружены продольными реакциями, а колеса с меньшими радиусами качения САУ будут переведены в ведомый режим движения (их ТЭД будут отключены от питания) из-за того, что они будут вращаться с большей угловой скоростью, чем тяговые колеса. Избежать этого можно, определив отключенные от питания ТЭД, и задать им принудительно несколько большую скорость вращения, чем та, с которой они вращались в ведомом режиме. Это позволит перевести эти колеса из ведомого режима движения в ведущий, что, безусловно, повысит тяговые возможности АТС и более рациональным образом распределит продольные реакции по колесам. В противном случае возможно значительное перераспределение продольных реакций. Помимо перегрузки шин данных колес и возрастания внутренних потерь энергии в них это может вызвать превышение продольными реакциями тяговых колес предела по сцеплению с опорной поверхностью и соответственно потерю подвижности. Чтобы избежать данного явления предлагается следующее.

Непрерывно (с шагом вычисления САУ) опрашивать каждое колесо с момента достижения колесом угловой скорости ω_кiизм≥0,1 рад/с на предмет выполнения критерия, состоящего из трех условий:

1. Угловая скорость колеса, измеренная датчиком ω_кiизм, превосходит «уставку» ω_кiу более чем на 0,1 рад/с на промежуток времени Δt>3c (существует разница Δω_кiизм=ω_кiизм-ω_кiу>0.1 рад/с);

2. Линейное ускорение АТС а_х<2·Δ_а;

3. Угловая скорость вращения колеса ω_кiизм<1.1·ω_кiу.

Где Δ_а - погрешность измерения датчика линейного ускорения АТС.

При этом, согласно способу управления, к данному ТЭД колеса не должна подводится электрическая мощность.

В случае выполнения этих трех условий (1…3) для этого колеса принимается новое значение «уставки» угловой скорости, равной:

Это изменение угловой скорости позволит более равномерно распределить продольные реакции по колесам АТС.

Коэффициент К_ω дополнительного приращения угловой скорости равен:

1. Для режима движения №1 и 2 - К_ω=1.04;

2. Для режима движения №3 и 4 - К_ω=0.5·(ω_кэизм+Δω_кiизм)/V_а, при этом есть ограничения К_ω<1.1.

Отличие в определении К_ω обусловлено тем, что для режимов движения АТС №3 и 4 необходимо определение абсолютной скорости движения, определяется датчиком, а в режимах 1 и 2 это не нужно. Поэтому было решено для первых двух режимов задавать К_ω как константу, а в остальных случаях вычислять через угловые скорости колес линейную скорость АТС.

Новое значение «уставки» угловой скорости ω_кiу поддерживается на протяжении 600 с, потом его снова выставляют по формуле (4) и снова проверяют выполнение критерия (1…3). В случае выполнения данных условий в 3-й раз ω_кiу определяется САУ по формуле (5) до момента полной остановки АТС. Это предусмотрено для создания обратной связи у данного критерия с целью предотвращения излишней раскрутки некоторых колес, то есть предохранение от перерегулирования системы.

Условия (1…3) этого критерия выбраны из следующих соображений:

1. Задержка по времени на 3 с используется как временной фильтр. САУ не отрабатывает переходные процессы изменения угловой скорости вращения, а реагирует лишь на их статическое изменение.

2. Условие минимальности линейного ускорения выбрано для не реагирования САУ на изменения продольных реакций колес в процессе разгона или замедления АТС.

3. Ограничение по угловой скорости вращения колеса ω_кi служит защитой от управления колесом в случае значительного возрастания его угловой скорости. Например, колесо имеет значительные повреждения, и нагружать его продольной реакцией нецелесообразно.

Отличительные особенности режимов №2, 3 и 4:

В случае, когда водитель резко увеличит «уставку» УСЭК, возможно быстрое нарастание крутящего момента на ТЭД из-за подведения большой электрической мощности, которое может привести к значительным динамическим нагрузкам в приводе и несущей системе АТС и к срыву грунта под колесами с возможной потерей подвижности. Это обусловлено зависимостью коэффициента сцепления на твердых опорных поверхностях и связных грунтах с ярко выраженным максимумом. Для реализации максимально возможной тяговой силы каждым колесом были введены ограничения угловой скорости колес тремя различными способами.

При реализации режима №2.

Постоянная времени (в контуре управляющего воздействия УСЭК ω_кэу) для режима №2 изменяется согласно графику фиг.3 и таблице 3.

Таблица 3 Δ Т, с 0 1 5 1 14 5 28 18 160 18

где Δ=(ω_кэукон-ω_{кэизмнач})/ω_{кэизмнач}

ω_{кэизмнач} - измеренное значение УСЭК в момент времени, когда водитель изменил «уставку» колеса больше чем на 0.25 рад/с;

ω_кэукон - значение «уставки» УСЭК, заданное углом отклонения педали управления угловой скорости в этот момент времени.

То есть когда ω_кiу остается постоянной без изменения (водитель не нажимает на педаль управления угловой скорости) Т=1 с, при увеличении ω_кiизм до ω_кiукон (водитель нажал на педаль управления угловой скорости и САУ это отрабатывает) изменять скорость нарастания ω_кiизм изменением Т, согласно вышеприведенным данным.

Непрерывно (с шагом вычислений САУ) опрашивать каждое колесо с момента:

1. Достижения колесом угловой скорости ω_кэiизм≥0.1 рад/с;

2. Достижения колесом углового ускорения ε_i≥0,05 рад/с²;

На предмет выполнение условия для каждого из колес:

где а_х - линейное ускорение АТС [м/с²];

ε_i - угловое ускорение вращения i-го колеса [рад/с²].

Ограничение отношения линейного ускорения к угловому имеет размерность [м] и его можно интерпретировать как значения радиуса качения колеса. Таким образом для шины данной размерности r_к=0.6 м соответствует скольжению колеса примерно в 20…23%, что по большинству исследованиям является близким к максимуму по сцеплению значением.

Линейное ускорение АТС считывается с датчика ускорения. Угловое ускорение вращения i-го колеса получается дифференцированием угловой скорости колеса.

В случае выполнения условия осуществляется уменьшение «уставки» угловой скорости вращения i-го колеса ω_кiу до момента, пока не выполнется а_х/ε_i≥0.4:

где ω_{кiу_измен} - измененная «уставка» угловой скорости вращения i-го колеса ω_кiу [рад/с];

Δω_{кiу_измен} - изменение «уставки» угловой скорости вращения i-го колеса ω_кiу.

При этом в контуре управляющего воздействия Δω_{кiу_измен} вводится инерционное звено с постоянной времени Т:

где Н_а - передаточная функция инерционного звена с постоянной времени Т=4 с;

t_e - относительное время в САУ, считаемое с момента выполнения критерия а_х/ε_i<0.4 (т.е. в момент времени, когда а_х/ε_i=0,4 t_e=0 с и каждый раз при переходе критерия через 0,4 параметр t_e обнуляется) [с].

Данный критерий позволяет определить момент начала пробуксовки колес, в случае если водитель, задавая УСЭК ω_кэ, ошибся и превысил возможности колес по сцеплению, он используется по данным печати в современных противобуксовочных системах (ПБС). Здесь реализуется ограничение проскальзывания колес и поддержания тяговых сил всех колес максимально возможными. Этот способ регулирования проскальзывания колес можно назвать: способом регулирования проскальзывания колес по прогнозу возможного буксования.

При реализации режима №3 непрерывно (с шагом вычисления САУ) опрашивать каждое колесо с момента достижения колесом угловой скорости ω_кэiизм≥0,1 рад/с на предмет выполнения условия для каждого из колес:

где S_i - проскальзывание i-го колеса, рассчитывается по формуле:

В случае выполнения условия осуществляется изменение величины постоянной времени согласно графику фиг.4 и таблице 4.

где Δ=(ω_кiукон-ω_{кiизмнач})/ω_{кiизмнач}

ω_{кiизмнач} - значение угловой скорости колеса в момент времени S_i=0,15.

ω_кiукон - значение «уставки» угловой скорости колеса в момент времени S_i=0,15, заданное углом отклонения педали управления угловой скорости в этот момент времени (S_i=0,15).

То есть когда ω_кiу остается постоянной без изменения (водитель не нажимает на педаль управления угловой скорости), Т=1 с, при увеличении ω_kiизм до ω_кiукон (водитель нажал на педаль управления угловой скорости и САУ это отрабатывает) в момент выполнения S_i>0,15 изменять скорость нарастания ω_кiизм изменением Т, согласно вышеприведенным данным.

Таблица 4 Δ Т, с 0 1 1 1 5 1,25 10 3 15 6 28 18 160 22

При достижении S_i величины 0,19:

В данном случае величина проскальзывания выбрана на основании многочисленных экспериментальных исследований, из которых следует, что максимум сцепления (кривой φ(S)) для большинства поверхностей находится в диапазоне значений S от 0,15 до 0,25. Выбор значения коэффициента проскальзывания 0.15 обусловлен нижней границей максимума сцепления, а 0.19 как средняя величина этого диапазона (запас в 0.01 на случай незначительного перерегулирования системы проскальзывания колеса).

Кроме того, возможно определение S_пред по фактическому максимуму кривой φ(s) через значение продольной реакции колеса Rx, которую можно определить с помощью датчиков или косвенно оценить по крутящему моменту.

В случае выполнения условия осуществляется уменьшение «уставки» угловой скорости вращения i-го колеса ω_кiу до момента, пока проскальзывание колеса не станет меньше 0,19 согласно следующей зависимости:

Данное условие является ограничением угловой скорости вращения каждого колеса по заданному проскальзыванию. Это позволяет индивидуально регулировать проскальзывание каждого колеса в оптимальных пределах. В этом варианте реализуется ограничение проскальзывания колес и поддержания тяговых сил всех колес максимально возможными. Этот способ регулирования проскальзывания колес можно назвать: способом регулирования непосредственно проскальзывания колес.

При реализации режима №4.

Постоянная времени (в контуре УСЭК ω_кэу) для режима №4 принимается постоянной и равной Т=1 с.

Непрерывно (с шагом вычисления САУ) необходимо опрашивать каждое колесо с момента достижения колесом угловой скорости ω_кэiизм≥0,1 рад/с на предмет выполнения условия для каждого из колес:

В случае выполнения условия САУ принимает текущее значение крутящего момента колеса за предельное:

В дальнейшем САУ поддерживает крутящий момент данного колеса не выше этого предельного значения:

Если через t=30 с после момента времени М_ТЭДi=М_ТЭДiconst выполняется условие:

Тогда все ограничения по крутящему моменту на i-м колесе снимаются. Выбор значений ограничения S в 0.15 и 0.19 аналогичен выбору в режиме №3.

Данное условие является ограничением угловой скорости вращения каждого колеса по заданному проскальзыванию с помощью крутящего момента на ТЭД. Это позволяет индивидуально регулировать крутящий момент каждого колеса, не допуская превышения предела по сцеплению. В этом варианте реализуется ограничение крутящих моментов колес и поддержание их максимально возможными. Этот способ регулирования можно назвать: способом регулирования непосредственно крутящих моментов колес.

3 Движение задним ходом

3.1 Формирование исходной информации

Для движения назад водитель переводит тумблер режимов движения «вперед-назад» в положение «Движение назад». После этого отклонения педали управления угловой скорости однозначно трактуется САУ как команда водителя к движению АТС назад.

3.2 Вычисление угловой скорости эквивалентного колеса

Водитель задает при движении назад:

1. УСЭК изменением α [°] - угла отклонения педали управления угловой скорости.

2. Криволинейное движение АТС изменением φ_рк [°] - угла поворота рулевого колеса и γ_п [В] - задатчиком положения полюса поворота.

Зависимость «уставки» УСЭК от угла отклонения педали управления угловой скоростью считается линейной:

где К_шзх=0.09

Угол отклонения педали управления угловой скорости α [°] изменяется в пределах [0,60°]. Наибольшая УСЭК ω_кэуmax=5.4 рад/с (при этом скорость данного макета АТС 10 км/час) соответствует наибольшему углу отклонения педали α_max=60°. При этом ω_кэизм может отличаться от значения своей «уставки» ω_кэу не более чем на ±Δω_кэизм рад/с. Где Δω_кэизм=0.2 рад/с.

Зависимость ω_кэу=К_шзх·α приведена на фиг.5.

3.3 Регулирование угловых скоростей колес

Угловые скорости всех колес регулируются САУ, равными «уставки» УСЭК с поправкой на K_Vi(φ_рк, γ_п) с точностью регулирования не хуже ±0.1 рад/с от уставочного значения ω_кiу:

То есть все ω_кiу равны между собой с погрешностью регулирования ±0.1 рад/с и равны ω_кэизм, которая, в свою очередь, выставляется САУ по ω_кэу с погрешностью регулирования ±Δω_кэизм рад/с (ω_кэизм=ω_кэy±Δω_кэизм рад/с).

При выходе значения угловой скорости любого колеса ωki_изм (реального значения) за верхнее ограничение допуска (более чем +0.1 рад/с от ω_кiу) САУ уменьшает подведение к его ТЭД электрической мощности до вхождения ω_кiизм в допускаемый коридор (вплоть до полного отключения), после этого продолжать подведение мощности к данному колесу. При выходе значения угловой скорости любого колеса ω_кiизм за нижнее ограничение допуска (менее чем -0.1 рад/с от ω_кiу) САУ увеличивает подведение к его ТЭД электрической мощности до вхождения ω_кiизм в допускаемый коридор.

Изобретение относится к области колесных транспортных средств. Способ заключается в задании водителем потребной скорости движения колесной машины, определении значения уставки угловой скорости эквивалентного колеса, измерении текущей угловой скорости тягового электродвигателя каждого колеса, регулировании угловых скоростей всех колес. При выходе реального значения угловой скорости любого колеса за верхнее ограничение допуска уменьшают электрическую мощность, подводимую к тяговому электродвигателю колеса до вхождения в допускаемый коридор. При выходе значения угловой скорости любого колеса за нижнее ограничение допуска увеличивают подведение к тяговому электродвигателю колеса электрической мощности до вхождения в допускаемый коридор. Технический результат заключается в минимизации потерь в электрической трансмиссии и катящихся колесах. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.

1. Способ управления многоприводной электрической трансмиссией многоосной колесной машины, заключающийся в задании водителем в зависимости от угла отклонения педали управления и режима движения потребной скорости движения колесной машины, определении значения уставки угловой скорости эквивалентного колеса (УСЭК), под которой понимается угловая скорость жесткого колеса идеальной геометрии, находящегося по середине базы на продольной оси симметрии машины и плоскость вращения которого совпадает с вектором мгновенной скорости данной точки машины УСЭК, измерении текущей угловой скорости тягового электродвигателя (ТЭД) каждого колеса, регулировании угловых скоростей всех колес так, чтобы они были равны уставке УСЭК с поправкой на коэффициент корректировки угловых скоростей ТЭД, зависящий от угла поворота рулевого колеса и положения задатчика полюса поворота, причем при выходе реального значения угловой скорости любого колеса за верхнее ограничение допуска уменьшают электрическую мощность, подводимую к ТЭД колеса до вхождения в допускаемый коридор, а при выходе значения угловой скорости любого колеса за нижнее ограничение допуска увеличивает подведение к ТЭД колеса электрической мощности до вхождения в допускаемый коридор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коррекцию угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей колес осуществляют в заданном промежутке времени.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают несколько зависимостей угловой скорости вращения тягового электродвигателя колес от положения органа управления потребной скоростью движения колесной машины, переключения между которыми осуществляют автоматически по заданному алгоритму.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что корректировку угловых скоростей вращения тяговых электродвигателей каждого колеса при буксовании колеса осуществляют в сторону уменьшения угловой скорости до прекращения буксования, используя в качестве контролируемой величины значение отношения продольного ускорения корпуса колесной машины к угловому ускорению каждого из колес.