CC BY
78
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИССЛЕДОВАНИИ, ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ
УДК 623.437.093
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТА БРОНЕТЕХНИКИ В ТРЕНАЖЕРЕ
ВОЖДЕНИЯ БТР-82А
Б.Б. Колосков
Проведен анализ математической модели объекта, используемой в тренажере вождения БТР-82А, предложены рекомендации по совершенствованию математической модели трансмиссии, входящей в состав математической модели объекта тренажера вождения.
Ключевые слова: обучение, тренажер вождения БТР-82А, боевая подготовка, математическая модель объекта.
Функционирование тренажера вождения объекта БТТ определяется действиями механика-водителя, который, находясь на рабочем месте обучаемого, воздействует на органы управления, запускает двигатель и воспринимает информацию о состоянии объекта БТТ. Сопоставляя значения параметров с допустимыми, механик-водитель воздействует на органы управления тренажера вождения таким образом, чтобы привести значения этих параметров в соответствие с требуемыми по условиям начала движения [1].
В процессе обучения, выполняя упражнение по вождению, обучаемый механик-водитель воздействует на имитаторы органов управления БТР-82А, включающие в себя датчики сенсорной системы, измеряющие степень воздействия и результат переключения, при этом объект БТТ совершает управляемые и неуправляемые движения.
Моделирование объекта бронетанковой техники (БТТ) в тренажере вождения является одной из основных задач, от качества выполнения которой в значительной степени зависит адекватность математического моделирования тренажера. Математическая модель (ММ) объекта БТР-82А, заложенная в алгоритмическое и программное обеспечение тренажера во-
ждения БТР-82А (ТВК-59104-Д-Э), позволяет осуществлять реализацию воздействий на обучаемого механика-водителя, которые возникают в результате движения объекта БТТ. С этой целью в математическое обеспечение тренажера вождения БТР-82А вводятся алгоритмы и программные средства решения задач динамики движения, моделирования систем автоматического управления различными блоками объекта, работы разных систем БТР-82А (в том числе силовая установка, трансмиссия и т.д.).
ММ объекта БТР-82А, применяемая в тренажере вождения ТВК-59104-Д-Э, представляет собой математическое описание упруго-фрикционных связей, которые возникают при работе узлов и агрегатов БТР-82А и его взаимодействии с грунтом. Данная ММ состоит из следующих частных моделей:
- модели силовой установки, включающая модель воздушной системы;
- модели трансмиссии;
- модели ходовой части [2].
В ходе анализа ММ объекта, при детальном рассмотрении модели трансмиссии, выявлены следующие недостатки:
- используется упрощенная модель трансмиссии, в основу которой заложена кусочно-линейная аппроксимация. Необходимо отметить, что при использовании кусочно-линейной аппроксимации расчет усложняется тем, что при переходе от одного участка прямой к другой, для дифференциального уравнения с новыми значениями коэффициентов начальные условия и постоянные интегрирования определяются вновь, а кривая в промежутке между двумя известными значениями заменяется отрезком прямой линии. В результате использования кусочно-линейной аппроксимации при моделировании физических процессов увеличивается погрешность моделирования, так как при дифференцировании возможно появление недопустимых значений переменных при переходе от одного линейного участка к другому;
- частные модели коробки передач (КП) и раздаточной коробки передач (РКП) реализованы лишь на уровне условий переключения передач;
- введено искусственное ограничение частоты вращения коленчатого вала двигателя.
С учетом недостатков, которые, безусловно, увеличивают погрешность моделирования, для обеспечения адекватности тренажера вождения ТВК-59104-Д-Э, необходимо обеспечить моделирование трансмиссии, которая обеспечит реальные переходные процессы, возникающие в трансмиссии БТР-82А в процессе движения.
В результате изучения технических характеристик применяемой в БТР-82А механической трансмиссии, определены частные модели, в результате внедрения которых, повысится адекватность моделирования трансмиссии:
- модели сцепления, которая обеспечивает передачу силового потока от двигателя к КП и наоборот;
- модели КП, реализующей ступенчатую трансформацию частоты вращения и момента, передаваемых через сцепление к РКП;
- модели РКП, которая обеспечивает включение пониженной передачи, работу межосевого дифференциала (МД) с блокировкой между 3-й и 4-й осью, постоянную передачу крутящего момента к карданным валам 3-й и 4-й оси, подключение карданных валов 1-й и 2-й оси;
- модели тормозов, работа которых моделируется с помощью механического воздействия на соответствующие фрикционные элементы, а также от кнопки подтормаживания, с помощью модели пневмоцилиндра [3].
В БТР-82А применяется фрикционное, двухдисковое сцепление с периферийным расположением пружин.
Определение значения крутящего момента передаваемого сцеплением, обеспечивается за счет определения упругого момента Musc, ограниченного значением максимального передаваемого момента, зависящего от положения органа управления сцеплением
dMusc = 100000 (Wd - Wsc), где dMusc - производная упругого момента сцепления; Wd - частота вращения ведущего диска сцепления, мин'1; Wsc - частота вращения ведомого
-1
диска сцепления, мин .
Максимальное значение передаваемого момента, зависящего от положения органа управления сцеплением, определяется по формуле
Mfcc = (1 - hSc) 1500, где Mfsc - значение ограничения передаваемого момента, Нм; hsc - относительное перемещение педали сцепления, см.
Уравнение движения ведомого диска сцепления имеет вид: dWsc = (1/Jsc)) (Msc - Mkp - 0 Wsc), где dWsc - угловое ускорение ведомого диска сцепления, рад-с'1; Jsc - момент инерции вращающихся масс ведомого диска сцепления и связанных с ним деталей КП, Нм; Msc - момент, передаваемый сцеплением, Нм; Mkp -момент, передаваемый КП, приведенный к ведомому диску сцепления, Нм; Wsc - частота вращения ведомого диска сцепления, мин'1.
Значение крутящего момента, передаваемого КП, обеспечивается за счет определения упругого момента Mukp, с учетом передаточного числа КП ikp и определяется по формуле:
dMukp = 100000 (ikp Wsc - Wkp),
где dMukp - производная упругого момента КП, Нм; ikp - передаточное число КП; Wsc - частота вращения ведомого диска сцепления, мин'1; Wkp - угловая скорость выходного вала КП, рад/с.
Момент КП определяется по формуле
Mkp = Mukp + 0,05 dMukp, 242
где Мкр - момент КП, Нм; Микр - упругий момент КП, Нм; dMukp - производная упругого момента КП, Нм.
Уравнение движения выходного вала КП имеет вид dWkp = (1/Лр) (Мр - 1кр Мт2 - Кг Жкр) где dWkp - угловое ускорение выходного вала КП, рад-с'1; ^ - момент инерции вращающихся масс выходного вала КП и связанных с ним элементов трансмиссии, Нм; Мкр - момент КП, Нм; ¡кр - передаточное число КП; Мга2 - момент, передаваемый РКП, приведенный к выходному валу КП, Нм; Кг - коэффициент, учитывающий потери в трансмиссии; Wkp - угловая скорость выходного вала КП, рад/с.
В БТР-82А применяется механическая, межосевая, двухступенчатая РКП с дифференциальной раздачей крутящего момента и блокировкой МД
[4].
Значение крутящего момента, передаваемого редуктором РКП, обеспечивается за счет определения упругого момента РКП Мига2, с учетом передаточного числа пониженной передачи iга2(1 и определяется по формуле
dMumz = 100000 (^кр - ^ Wdifo), где dMuraz - производная упругого момента РКП, Нм; Wkp - угловая скорость выходного вала КП, рад/с; ¡га2С1 - передаточное число РКП; Wdf0 - частота вращения входного вала МД, мин'1.
Момент РКП определяется по формуле
Ма = Миа + 0,02 dMUraz, где dMuraz - производная упругого момента РКП, Нм; Мига2 - упругий момент РКП, Нм.
Уравнение вращения входного вала МД с учетом потерь представлено в виде
dWdfo = Ма - М^^ - к1г Wdifo),
где dWdf0 - угловое ускорение выходного вала РКП и вала МД, рад-с'1; Jdif0 -момент инерции вращающихся масс выходного вала РКП и вала МД, Нм; iraz - передаточное число РКП; Мга2 - момент РКП, Нм; М^р - момент, передаваемый МД, приведенный к выходному валу РКП, Нм; к1т. - коэффициент, учитывающий потери в трансмиссии; Wdif0 - частота вращения входного вала МД, мин'1.
Определение значения крутящего момента передаваемого МД, обеспечивается за счет определения упругого момента при одинаковом распределении момента между 3-й м 4-й осями БТР-82А и определяется по формуле
dMudifo = 1000000 ^ - 0,5 4 + WraZз)), где dMudf0 - производная упругого момента МД, Нм; Wdfo - частота вращения входного вала МД, мин'1; Wrazз - частота вращения выходного вала МД, связанного с третьей осью БТР, мин'1; Wraz4 - частота вращения выходного вала МД, связанного с четвертой осью БТР, мин'1.
Моделирование блокировки МД. Значение момента блокировки МД, решается за счет определения упругого момента для обеспечения одинаковой частоты вращения 3-й и 4-й оси и определяется по формуле
с1Мпы = 1000000 (Жга2з - Жга24), где dMuы - производная упругого момента блокировки, Нм; Жгаг3 - частота вращения выходного вала МД, связанного с третьей осью БТР, мин'1; Wraz4 -
частота вращения выходного вала МД, связанного с четвертой осью БТР,
-1
мин .
Передаваемый момент с учетом гашения крутильных колебаний определяется по формуле
уь/ = Миы + 0,01 сМиы, где уь/ - вспомогательная переменная; Миы - упругий момент блокировки, Нм; dMuы - производная упругого момента блокировки, Нм.
Максимальный момент, который может передаваться через механизм блокировки, определяется по формуле
М/ы = (¿/+0,03) 5000, где М/ы - максимальный момент блокировки, Нм; Ь/ - параметр включения блокировки.
Моделирование механизма подключения передних осей. Используя РКП, механик-водитель БТР-82А может одновременно подключить 1-ю и 2-ю оси, в результате БТР становится полноприводной. При этом 3-й выход РКП подключается к МД 1-й оси, а 4-й выход РКП - к МД 2-й оси.
Крутящий момент, передаваемый механизмом при подключении 1-ой оси, обеспечивается за счет вычисления упругого момента связи и определяется по формуле
dMUpml = Рт 1000000 (Жгагз - WraZl), где dMuPm1 - производная упругого момента связи с первой осью, Нм; Рт -признак подключения передних осей; Жгаг3 - частота вращения выходного вала РКП, связанного с третьей осью БТР, мин'1; Жгаг1 - угловая скорость первого выходного вала РКП, связанного с первым КВ, рад/с.
Крутящий момент, передаваемый механизмом при подключении 2-ой оси, обеспечивается за счет вычисления упругого момента связи и определяется по формуле
dMUpm2 = Рт 1000000 (Жтг4 - ^2), где dMuPm2 - производная упругого момента связи со второй осью, Нм; Рт -признак подключения передних осей; Wraz4 - частота вращения выходного вала РКП, связанного с четвертой осью БТР, мин'1; Wraz2 - угловая скорость второго выходного вала РКП, связанного со вторым коленчатым валом, рад/с.
Уравнение движения первого выхода РКП имеет вид dWraz1 = (1/Jrazl) (Mpm1 - м^г1 - к^ Wrazl), где dWraz1 - производная частоты вращения выходного вала РК, связанного с первой осью БТР, мин'1; - момент инерции вращающихся масс, при-
веденный к первой оси БТР, Нм; МРт1 - момент связи с первой осью, Нм; к^ - коэффициент, учитывающий потери в трансмиссии; Wraz1 - угловая скорость первого выходного вала РКП, связанного с первым коленчатым валом, рад/с.
Уравнение движения второго выхода РКП имеет вид
dWraz2 = (1/Jraz2) (Мрт2 - Мкаг2 - к1у Wraz2),
где dWraz2 - производная частоты вращения выходного вала РК, связанного со второй осью БТР, мин'1; Jraz2 - момент инерции вращающихся масс, приведенный ко второй оси БТР, Нм; МРт2 - момент связи со второй осью, Нм; кг - коэффициент, учитывающий потери в трансмиссии; Wraz2 - угловая скорость второго выходного вала РКП, связанного со вторым КВ, рад/с.
В результате ММ объекта, реализованная в программном обеспечении тренажера вождения ТВК-59104-Д-Э, включающая разработанную модель трансмиссии, позволяет обеспечивать реальные переходные процессы, возникающие в трансмиссии БТР в процессе движения.
Таким образом, использование усовершенствованной ММ объекта тренажера вождения БТР-82А, позволяет повысить комплексную адекватность тренажера реальному объекту [5], а применение такого тренажера при подготовке военнослужащих, несомненно, повысит качество подготовки механиков-водителей БТР-82А.
Список литературы
1. Эргономическое обоснование структурно-функциональной схемы тренажера вождения / Б.Б. Колосков, [и др.] // Труды Международной научно-практической конференции. СПб.: Межрегиональная эргономическая ассоциация, 2014. С. 288.
2. Тренажер вождения БТР-82А и его модификаций динамический компьютерный ТВК-59104-Д-Э // Руководство по эксплуатации. Тула, ОАО «Тренажерные системы», 2015 С. 55
3. 2 Устройство для моделирования движения колесной машины: пат. на полезную модель РФ № 15766. Опубл. 10.12.2015. Бюлл. № 34.
4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации // Бронетранспортер БТР-82А, Ч. 2. М.:, Воениздат, 2009. С. 23.
5. Колосков Б.Б., Лискин В.М. К вопросу адекватности моделирования в тренажерах вождения объектов бронетанковой техники // Труды Второй Международной научно-практической конференции, СПб.: Межрегиональная эргономическая ассоциация, 2016. С. 237.
Колосков Борис Борисович, нач. отдела, koloskov_Ъ@,mail.т, Россия, Тула, АО «Тренажерные системы»
THE MODELING OF THE OBJECT OF ARMORED VEHICLES IN THE DRIVING SIMULATOR OF THE BTR-82A
B.B. Koloskov
Conducted an analysis of the mathematical model of motion used in the BTR-82A driving simulator, proposed the recommendations on improvement of private mathematical model of the transmission, which is part of the mathematical model of the object of the motion driving simulator.
Key words: training, BTR-82A driving simulator, combat training, mathematical model of the object.
Koloskov Boris Borisovich, head of department, koloskov haimail.ru, Russia, Tula, JSC « Training systems»
УДК 623.437.093
ПРИМЕНЕНИЕ ШЕСТИСТЕПЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ В ТРЕНАЖЕРЕ ВОЖДЕНИЯ БРОНЕТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ
Б.Б. Колосков
Рассмотрен вопрос совершенствования тренажеров вождения бронетанковой техники, путем применения в тренажерах шестистепенной динамической платформы.
Ключевые слова: обучение, тренажер вождения, боевая подготовка, динамическая платформа.
В настоящее время повышение уровня обученности механика-водителя, который управляет тем или иным объектом бронетанковой техники (БТТ), требует совершенствования технических средств профессиональной подготовки личного состава, используемых в Вооруженных силах Российской Федерации. Одним из наиболее эффективных средств формирования и развития профессиональных навыков, необходимых механику-водителю в условиях повседневной деятельности, являются тренажеры вождения объектов БТТ, которые в общем виде представляет собой модель реального объекта управления и условий его применения, используемую в целях обучения [1].
Основной задачей применения тренажеров вождения объектов БТТ в обучении механиков-водителей является привитие знаний, умений и навыков, их автоматизированная или автоматическая проверка, а также оценка их действий.
