Моделирование переходных процессов в системе "электрогидроусилительный агрегат рулевое управление” автотранспортных средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТРАНСПОРТ

УДК 629.062

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ "ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ - РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ” АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Е.А. Ядыкин, П.В. Веселов

Произведено моделирование переходных процессов в системе "электрогидро-усилительный агрегат - рулевое управление" автотранспортных средств.

Ключевые слова: электрогидроусилительный агрегат, сервопривод, переходный процесс.

Особенности взаимосвязи элементов электромеханической системы "электрогидроусилительный агрегат (ЭГУА) - рулевое управление" автотранспортных средств определены на основе разработанных новых технических решений по повышению эффективности и надежности ее работы.

Повышение эффективности и надежности функционирования достигается за счет уменьшения времени запаздывания реакции рулевого механизма.

Кинематические связи анализируются с помощью расчетной рис. 1 и структурной рис. 2 схем математической модели.

Уравнения движения ЭГУА рулевого управления представляют его как колебательное звено системы "ЭГУА - рулевое управление", имеющее массу тР и перемещающейся под действием момента на рулевом колесе М(1) что вызывает изменение входной координаты ГУА УВХ (уравнение сил действующих на систему ЭГУА - рулевое управление):

р(,)_-СРАУв -IКвхЬз= 0

Уравнение рассогласования ГУА

Ах — КВХ АувХ _ КОС Ауб

Уравнение расхода дроссельного гидропривода

А0> —А0эф _А0ск ,

где расход золотника А(2о — К з Ах.

Эффективный расход дроссельного гидропривода

_ V а(РР„) + А а (Ау,)

эф

2Е а

а

Рис. 1. Расчетная схема математической модели: тр - масса подвижной рулевой системы, приведенная ко входу золотника системы, кг; вр - коэффициент вязкого трения, Н/с;

Ср - коэффициент жесткости рулевой системы, Н/м;

Сш - коэффициент жесткости рулевых шарниров, Н/м;

Ск - коэффициент жесткости конструкции, Н/м; ¥(1) - усилие, приложенное к рулевому колесу, Н; ¥з(1) - усилие приложенное

соленоидом к золотнику, Н

Рис. 2. Структурная схема математической модели: Увх - координаты перемещения входного звена ЭГУА; Уб - координата перемещения штока; х - относительное перемещение золотника; Кос - координаты обратной связи; Квх - координаты передачи входного сигнала;Квх = Кпер

Кое; Кпер - коэффициент передачи ЭГУА; Квх =

Ґд^ V дх J

Ра _ 0 -

координаты крутизны скоростной характеристики дроссельного

—

привода; Кух= —3; гвх - усилие на входящем звене; гБ - координата

А

п

перемещения ведущего колеса; г - сигнал рассогласования. [6]

Расход жидкости, обусловленный скольжением гидропривода

А£ск = Кдр АР,.

Уравнение сил, действующих на массу рабочего органа

т а (АУи) + Ъ + Сш Ау = Сш (Ау о -Ауи) = Я = АРЛАЛ

у. 2 /у ш V и ш V * о * и *

Ж Л .

Здесь т - масса движущих частей электрогидроусилителя, приведенная к штоку поршня, кг; Ь - коэффициент вязкого трения, Нм/с; у - перемещение штока поршня, м; Я - полезная нагрузка, приведенная к штоку поршня, Н; V - объект жесткости, находящийся в силовом цилиндре (принимаем его равным половине объема цилиндра), м ; Еж - модуль объемной упругости жесткости, Н/м2; увх - координата перемещения входного звена ЭГУА, м; уб - координата перемещения штока ЭГУА, м; Кос - коэффициент обратной связи; Квх - коэффициент передачи входного сигнала; Квх = Кпер * Кос; Кпер = Уб/увх; Сш - коэффициент шарнирной нагрузки, Н/м.

В работе применены два способа решения уравнения - прямое решение методом "Рунге-Кутта" и структурное моделирование в "МайаЬ".

На рис. 3 приведена структурная схема разомкнутой системы "ЭГУА - рулевое управление" автотранспортного средства.

Рис. 3. Структурная схема разомкнутой системы "ЭГУА - рулевое управление ": рк - рулевое колесо; п - поршень; сш - сошка; нк - направляющие колеса; гр - гидрораспределитель; г - генератор; сл - соленоид; тд - тензодатчик; дпнк - датчик положения направляющих колес; дпрк - датчик положения рулевого колеса

При моделировании системы учтено ограничение по давлению и времени реакции системы "ЭГУА - рулевое управление", нелинейная зависимость силы трения Б^^у) при движении штока ЭГУА.

В результате исследований численного эксперимента с математической модели ЭГУА рулевого управления получены расчетные осцилло-

граммы их режимов работы на основе замкнутой структурной схемы, представленной в работе [7].

Рис. 4. Осциллограммы режимов работы ЭГУА рулевого управления

Из осциллограмм рис. 4 установлено, что эффективность достигнутая за счет рациональных, конструктивных и режимных параметров новых технических решений составила 20%, что соответствует требуемому уровню надежности.

В результате анализа режимов работы ЭГУА рулевого управления установлено, что рациональные переходные процессы могут быть достигнуты за счет разработанной конструктивной схемы с применением элек-трогидравлических и электротехнических элементов.

Для оценки эффективности установленных рациональных, конструктивных и режимных параметров предложенных технических решений,

на основе численных экспериментальных исследований получен график переходного процесса рис. 5.

Р, МПа

Рис. 5. График переходного процесса: 1 - переходный процесс в существующей конструкции ГУА полученный Меркуловым Н.М.;

2 - переходный процесс в конструкции ЭГУА с оптимальными параметрами и при применении технических решений по внедрению электрогидравлических агрегатов и электротехнических элементов

Определение работоспособности системы «Электрогидравлический усилительный агрегат - рулевое управление» автотранспортных средств устанавливается из её общей передаточной функции подстановкой Р=^, где получено характеристическое уравнение в частной области в виде

X (Л,, а)+Г (Л,, П)у = 0 Решаем совместно систему

' X (Л,, а)=0;

]т (Л,, а)=0;’

которая приведена в работе [7].

Оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований показали, что расхождение между ними не превышает 14,5%, что допускается в инженерных расчетах и подтверждает правильность установленного требуемого уровня надежности функционирования системы «ЭГУА - рулевое управление».

Список литературы

1. Сапожников Р.А., Матвеев П.Н., Родин Б.П., Филадельфина Н.А. Основы технической кибернетики: учеб. пособие для вузов. 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.

5. Веселов П.В. Определение работоспособности электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств. // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 12. Ч. 3. С. 194-197.

6. Веселов П.В. Математическая модель электрогидроусилительно-го агрегата рулевого управления автотранспортных средств // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 12. Ч. 3. С. 190-193.

7. Веселов П.В. Определение работоспособности электромеханической системы электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 12. Ч. 3. С. 194-197.

Ядыкин Евгений Александрович, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Веселов Павел Валерьевич, аспирант, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TRANSITION PROCESS MODELLING OF THE "ELECTROHYDRAULIC AMPLIFYING UNIT - STEERING" SYSTEM OF MOTOR VEHICLES

E.A. Yаdykin, P. V. Veselov

Transition process modelling of the "electrohydraulic amplifying unit - steering" system of motor vehicles is designated.

Key words: electrohydraulic amplifying aggregate, servomotor, transition process.

Yadykin Evgenij Аleksandrovich, doctor of technics, professor, Russia, Tula, Tula state University,

Veselov Pavel Valer'evich, postgraduate, Russia, Tula, Tula state University