Simulation model of a high speed tracked vehicle powertrain with step track gear boxes

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: One of the basic requirements for the tracked vehicle spatial motion simulation models to be used for multiple simulations or to be embedded into driving simulators and into controllers of the on-board control systems is high computational efficiency.

AIM: The article describes the development of a simulation model of a high speed tracked vehicle powertrain with step track gear boxes to be inserted as a subsystem into a highly computationally efficient model of the tracked vehicle curvilinear motion.

METHODS: In order to increase the model efficiency, the dynamics of the transmission gears is neglected, their internal kinematics being described by their gear ratios. External kinematics of the transmission is provided by the algorithms of the drive wheel speed regulators. The engine torque is defined as a function of the engine crankshaft rotational speed. The engine crankshaft is coupled to the transmission by means of the dry friction model simulating the operation of the friction gear-shift mechanisms of the track gear boxes. The simulation model of the powertrain has been implemented in Matlab\Simulink and built as a DLL module into a three-dimensional multi-body model of the tracked vehicle chassis dynamics developed by the author in the Universal Mechanism MBS-software.

The resulting integrated model was used for the simulation of the tracked vehicle steering in different gears and calculation of theoretical minimum turning radii.

RESULTS: The radii obtained by simulation are in good agreement with the radii calculated from the gear ratios of the powertrain under research.

CONCLUSION: The developed powertrain model based on the drive wheel speed regulators can be used as a subsystem of a highly computationally efficient model of the tracked vehicle curvilinear motion.

About the authors

Alexander I. Komissarov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: komissarov@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0003-7476-2737
SPIN-code: 2565-9328
Scopus Author ID: 57170015600

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Multipurpose Tracked Vehicles and Mobile Robots Department

Russian Federation, 5, 2-nd Baumanskaya st, Moscow, 105005

References

  1. Ponorac L, Blagojević I. Experimental Validation of a High speed Tracked Vehicle Powertrain Simulation Model. Measurement Science Review. 2023;23(5):192–201.
  2. Assanis DN, Bryzik W, Castanier MP, et al. Modeling and simulation of an M1 Abrams tank with advanced track dynamics and integrated virtual diesel engine. Journal of Structural Mechanics. 1999;27(4):453–505.
  3. Janarthanan B, Padmanabhan C, Sujatha C. Longitudinal dynamics of a tracked vehicle: Simulation and experiment. Journal of Terramechanics. 2012;49(2):63–72.
  4. McGough MG. Modeling of Bradley Tracked Vehicle Steering and Fuel Consumption with a Detailed Kinematic Model of the HMPT500-3 Transmission and Simplified Vehicle Dynamics. In: 2015 NDIA Ground Vehicle Systems Engineering and Technology Symposium Modeling & Simulation, Testing and Validation (MSTV) Technical Session. 2015 Aug 3–5; Michigan. Michigan, 2015.
  5. Gorelov VA, Kositsyn BB, Miroshnichenko AV, Stadukhin AA. Regulyator sistemy upravleniya povorotom bystrokhodnoi gusenichnoi mashiny s individual’nym privodom vedushchikh koles. Izvestiya MGTU MAMI. 2019;(4):21–28. (In Russ.) doi: 10.31992/2074-0530-2019-42-4-21-28
  6. Aleksandrov EE, Aleksandrova TE, Galushka YuV, et al. Imitatsionnaya model‘ krivolineinogo dvizheniya gusenichnoi mashiny so stupenchatoi transmissiei. Integrirovannye tekhnologii i energosberezhenie. 2004;(2):52–59. (In Russ.)
  7. Universal mechanism. Home page. [internet] Cited: 28.09.2023. Available from: https://universalmechanism.com/en/pages/index.php?id=1
  8. Universal mechanism 9 / Technical manual / Mechanical systems for modeling object. [internet] Cited: 28.09.2023. Available from: https://www.universalmechanism.com/download/90/eng/02_um_technical_manual.pdf
  9. Gorelov VA, Komissarov AI, Miroshnichenko AV. 8× 8 wheeled vehicle modeling in a multibody dynamics simulation software. In: Prom-Engineering, proceedings of the international scientific and technical conference. FGBOU HPE “South Ural State University” (national research university). 2015:221–225.
  10. Kciuk S, Mężyk A. Modelling of tracked vehicle dynamics. Journal of KONES. 2010;17(1):223–232.
  11. Maclaurin B. A skid steering model using the Magic Formula. Journal of Terramechanics. 2010;48(4):247–263.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structural diagram of the powertrain of the high speed tracked vehicle with track gearboxes: ДВС — internal combustion engine; Г — intermediate reduction gear; ПКП — planetary gearbox; БР — track reduction gear; ВКЛ, ВКП — drive wheels of the left and right tracks.

Download (11KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The full-load curve of the engine of the study object.

Download (19KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Structural diagram of the simulation model of the powertrain of the high speed tracked vehicle with track gearboxes: wsL , wsR — rotation velocities of the drive wheels of the left and right tracks; we — rotation velocity of the engine crankshaft; ws — rotation velocity of the input shaft of the intermediate reduction gear; TsL , TsR — drive torques of the drive wheels of the left and right tracks; MsL , MsR — sum torques of resistance forces in the contact of the track chain with the ground brought to the drive wheels of the left and right tracks; TbL , TbR — braking torques at the drive wheels of the left and right tracks; Te — drive torque of the internal combustion engine; Tс — friction torque at the controlled friction element of the drivetrain input; JwL , JwR — inertia moments of the rotating masses of the drivetrain and the track chain reduced to the drive wheels of the left and right tracks; Je — inertia moment of the rotating elements of the engine reduced to the engine crankshaft; UgbL , UgbR — gear ratios of the planetary gearboxes of the left and right tracks; Ur — gear ratio of the intermediate reduction gear; Ufg — gear ratio of the track reduction gear; nugbL , nugbR — efficiency coefficients of the planetary gearboxes of the left and right tracks; nur — efficiency coefficient of the intermediate reduction gear; nufg — efficiency coefficient of the track reduction gear.

Download (26KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The simplified load curve of the diesel engine with the all-mode regulator: 1 — a full-load curve; 2 — regulator curves; 3 — a braking curve.

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Interaction between the simulation model of the powertrain with the multi-body dynamics model of the high speed tracked vehicle built in the Universal Mechanism software.

Download (37KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Three-dimensional multibody dynamics model of the high speed tracked vehicle in the Universal Mechanism software; 1, 9 — idlers; 8, 16 — drive wheels; 2–7, 10–15 —rollers; 17 — sprung mass.

Download (25KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Cyclograms of control inputs on the elements of control of the tracked vehicle model: а — cyclogram of the control signal of the accelerator pedal; b — cyclogram of the control signal of the gear shifting lever; с — cyclogram of the control signal of the right steering lever.

Download (159KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Graphs of rotation velocities of the drive wheels obtained as a result of simulation.

Download (89KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Kinematic scheme of tracked vehicle turning: Vс , VL , VR — linear velocities of the center of gravity C, middle points L , R of left and right tracks of the vehicle respectively; B — vehicle track width; Rc , RL , RR — turn radii of the center of gravity C and middle points L , R of left and right tracks of the vehicle respectively.

Download (121KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».