CC BY
42
УДК 629.3
П.В. Веселов, асп., (4872) 35-54-50, [email protected] Россия, Тула , ТулГУ) МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Описана обобщенная математическая модель системы электрогидроусили-тельный агрегат - рулевое управление транспортного средства.
Ключевые слова: электрогидроусилительный агрегат, рулевое управление, математическая модель.
Следящий электрогидравлический привод рулевой системы управления автотранспортного средства выполняет специфические требования, предъявляемые в процессе работы, связанные с его непосредственным назначением по обеспечению автоматического регулирования положения направляющих колес в соответствии с задающим воздействием со стороны рулевого колеса.
Следящий электрогидравлический привод с электромеханическим управлением состоит из дроссельного гидропривода в цепи жесткой механической обратной связи, а также в параллельной цепи электрической обратной связи. Сигнал о рассогласовании как разность сигналов управления и обратной связи преобразуется с помощью электронного блока управления.
Изменение нагрузки на рулевом колесе автотранспортного средства через управляющий сигнал блока управления обеспечивает перемещение гидравлического золотника.
Силовой поршень (выходное звено золотника) имеет соединение с рулевым колесом, что обеспечивает механическую обратную связь и позволяет водителю автотранспортного средства «чувствовать дорогу» в комфортном диапазоне нагрузок на рулевом колесе.
Основное назначение анализируемой системы управления заключается в обеспечении слежения колес за управляющим движением рулевого колеса в заданном диапазоне скоростей и ускорений. Это свойство обеспечивается в результате энергетического и динамического расчета гидравлического поршневого привода и золотника с тем, чтобы развиваемые усилия и потери были не менее требуемых усилий и скоростей перемещаемого колеса.
Кинематические связи в системе "электрогидроусилительный агрегат (ЭГУА) - рулевое управление" удобно анализировать с помощью структурной схемы нагруженного ЭГУА (рисунок).
На рисунке Увх - координаты перемещения входного звена ЭГУА; 7вх - координаты нагрузки входного звена ЭГУА; Уб - координата пере-
мещения штока; x - относительное перемещение золотника; Z - сигнал рассогласования; Кос - координаты обратной связи; ZБ - координаты пово-
= d {ЛУБ)
рота сошки, б--— ; Квх - координаты передачи входного сигнала,
(Л1
'Э-
dx
динаты крутизны скоростной характеристики дроссельного привода; К
Кз
Квх = Кпер Кое; Кер - коэффициент передачи ЭГУА; Квх = I \Pd = 0 - коор-
А
Структурная схема нагруженного ЭГУА
Коэффициентом передачи ГУА является отношение перемещения штока гидродвигателя на выходе к перемещению входного звена
КПЕР = У" , (1)
У вх
Величина и знак коэффициента передачи определяются кинематической схемой обратной связи:
Y
v — о.с Кос = ~Y~ 1б
х
Y6
Увх = 0. (2)
Перемещение точки силового возмущения, т.е. штока гидроцилиндра при неподвижном закрепленном входном звене ЭГУА, обусловлено деформацией жидкости в гидроцилиндре в результате ее сжатия и деформации основания.
Динамическая жесткость так же, как и передаточная функция, может быть представлена в виде отношения полиномов и выражена номинальной величиной.
В частном случае при гармоническом характере силового воздействия на шток его перемещение (деформация) также будет носить характер гармонических колебаний с определенной амплитудой и сдвигом по фазе.
В этом случае динамическая жесткость определяется амплитудой, фазовой и частотными характеристиками.
Частотные характеристики динамической жесткости определяются экспериментом или по результатам теоретических расчетов и моделированию.
Характеристика динамической жесткости определяет демпфирующие свойства ЭГУА, а также всей рулевой системы автотранспортного средства.
Динамическое состояние ГУА с отрицательным коэффициентом передачи при действии возмущающей силы, приложенной к штоку, определяют также системой уравнений, и, если уравнения рассогласованы, записывают с учетом кинематической обратной связи
Ах = кос АУб . (3)
Передаточная функция динамической жесткости ГУА с отрицательным коэффициентом передачи имеет вид
/ ч R(s) G0 (71s +1)
wô{s ) = -У)= ° 1 + 1 > (4)
ys(s) 7 s +1
где
Т = ^ =-L
KQPKPXKOC Kd
72 = ;
2 EKqp
G0 = KPXAPKOC .
В передаточной функции динамической жесткости ЭГУА с отрицательным коэффициентом передачи постоянная времени Т2 может быть уменьшена за счет снижения добротности ГУА и жесткости основания.
При Тг>Т2 фазовая частотная характеристика становится постоянной, а переменная штока отстает по фазе от возмущающей силы. В этом случае ЭГУА поглощает работу внешних сил, выполняя функцию демпфера колебаний. Для усиления демпфирующих свойств ЭГУА нужно уменьшить коэффициент обратной связи КОС не изменяя добротности ЭГУА.
В определенной степени рулевую систему автотранспортного средства можно представить колебательной системой, имеющей массу тР и перемещающейся под действием момента на рулевом колесе М(1;), что вызывает изменение входной координаты ГУА УВХ:
^(,)--ь/М--СрАув -|*|Ь3 ^ = 0 . (5)
Уравнение рассогласования ГУА
Ах = Квх АУВХ - КОС аУ6 • (6) Уравнение расхода дроссельного гидропривода
Або =АQэФ -АQcк, (7)
где Аб0 = КЗАх - расход золотника.
Эффективный расход дроссельного гидропривода
Аб = -^ЛАРЛ + А &Ы (8)
АбЭФ 2Е & А Л ■ (8) Расход жидкости, обусловленный скольжением гидропривода,
Абск = Квр АР& . (9) Силы, действующие на массу рабочего органа,
т ^(¿у) + + сш Ауи = сш (Ау3 -Ауи) = Я = АРЛАЛ (10)
т ш
или после преобразований:
)= ^Н{\1 + ) у^ )=°т № ) ,
тБ 2 + ЬБ + сш + с КОН где г (о )= с кон т2 + ЬБ + Сш) . с = 2 ЕАп
где &т - ; С Г =—— •
тБ + ЬБ + Сш + СкОН Г
к
Дополнительно введены обозначения: Кй =—Кос - коэффициент
Ап
А 2
добротности ЭГУА; В = - коэффициент жесткости механической ха-
КбР
рактеристики ЭГУА, характеризующий собственное демпфирование. А 2
В =-п— с учетом перетечек.
Кбр + ГУТ
Приведённые система уравнений и структурная схема позволяют рассчитать ошибки, динамические характеристики и выполнить общую оценку работы ЭГУА.
Список литературы
1. Основы технической кибернетики: учеб. пособие для вузов / Р.А.Сапожников М.: Высшая школа, 1970. 464 с.
2. Семенов М.В. Кинематические и динамические расчеты исполнительных механизмов. Л.: Машиностроение, 1974. 432 с.
3. Могендович Е.М. Гидравлические импульсные системы. Л.: Машиностроение, 1977. 216 с.
4. Вермишев Ю.Х. Основы управления ракетами, 1968. 320 с. P.V. Veselov
MATHEMATICAL MODEL OFELECTROHYDROAMPLIFYING AGGREGATE OF MOTOR VEHICLES STEERING
Generic mathematical model of electrohydroamplifying aggregate - motor vehicles steering system is described.
Key words: electrohydroamplifying aggregate, steering, mathematical model.
Получено 19.06.12
УДК 629.3
П.В. Веселов, аспирант, (4872) 35-54-50, [email protected] (Россия, Тула ,ТулГУ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Определена работоспособность электромеханической системы электрогид-роусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств.
Ключевые слова: электрогидроусилительный агрегат, сервопривод, переходный процесс.
Электромеханическая система электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортного средства включает в себя источник электрического питания, сервоприводы, электромеханические датчики, электромеханический блок управления сервоприводами (рис. 1).
Электрогидроусилительный агрегат работает следующим образом. Нагрузка, приложенная к управляющему звену, фиксируется тензодатчи-ком 9, а положение сектора-вала сошки 6 фиксируется потенциометриче-ским датчиком 10. Блок управления 8 на основании сигналов с датчиков генерирует управляющий сигнал на электрогидрораспределитель 7. Под воздействием управляющего сигнала электрогидрораспределитель 7 направляет поток гидравлической жидкости к полостям картера по обе стороны поршня-рейки 5, тем самым изменяя положение поршня-рейки 5, механически связанного через сектор-вал сошки с управляемым звеном, тем самым реализуя гидроусиление нагрузки приложенной к управляющему
