Исследование особенностей протекания колебательных процессов в нелинейной системе индивидуального тягового привода электробуса

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. При движении транспортного средства в зоне взаимодействия шины с опорным основанием могут возникать автоколебания, параметры которых зависят от скорости скольжения в пятне контакта. Частота колебаний будет изменяться в зависимости от величины скольжения колеса относительно опорного основания. Мягкие автоколебания, возбуждаемые при различном сочетании начальных условий при полном скольжении в тяговом и ведомом режиме работы колеса, в режиме комплексного торможения при частичном скольжении. Жесткий режим автоколебаний возникает при полном скольжении колеса в тормозном режиме. Эти процессы негативно влияют на процессы, протекающие в электрическом приводе и механической передаче, снижая их энергоэффективность и могут привести к поломкам элементов. Колебания в системе возбуждаются силами взаимодействия эластичной шины с опорным основанием, характеризующегося вертикальными колебаниями колеса ввиду упругого характера его взаимодействия с неровностями дороги.

Целью работы является исследование особенностей протекания колебательных процессов в нелинейной системе индивидуального тягового привода электробуса.

Материалы и методы. Моделирование процессов образования автоколебательных явлений в зоне контактного взаимодействия колеса с дорогой выполнено в программном комплексе MATLAB&Simulink.

Результаты. В работе представлены результаты имитационного математического моделирования и экспериментальных исследований процесса возникновения автоколебательных явлений при движении электробуса КАМАЗ 6282 по асфальтобетонному опорному основанию. Выявлено, что вертикальные перемещения колес при движении по неровностям приводят к колебательному характеру протекания процесса вертикальных реакций в зоне взаимодействия и, как следствие, продольных реакций и крутящего момента, частоты вращения на валу тягового электрического двигателя индивидуального привода. Определено, что частота колебаний шин составляет 6–7 Гц и совпадает с частотой автоколебаний для реализации частоты вращения вала электродвигателя и совпадает как для реализации, полученной при испытаниях, так и при моделировании.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования результатов исследования при разработке алгоритмов исключения автоколебательных явлений при разработке системы управления транспортным средством.

Об авторах

Александр Владимирович Климов

Инновационный центр «КАМАЗ»; Московский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Aleksandr.Klimov@kamaz.ru
ORCID iD: 0000-0002-5351-3622
SPIN-код: 7637-3104

канд. техн. наук, руководитель службы электрифицированных автомобилей

Россия, Москва; Москва

Акоп Ваганович Антонян

Инновационный центр «КАМАЗ»; Московский политехнический университет

Email: AntonyanAV@kamaz.ru
ORCID iD: 0000-0002-5566-6569
SPIN-код: 4797-9808

канд. техн. наук, главный специалист по программированию и имитационному моделированию, доцент Передовой инженерной школы электротранспорта

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Вильке В.Г., Шаповалов И.Л. Автоколебания в процессе торможения автомобиля // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех. 2015. № 4. С. 33–39. doi: 10.3103/S0027133015040019
  2. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем. М.: Машиностроение, 1976.
  3. Кручинин П.А., Магомедов М.Х., Новожилов И.В. Математическая модель автомобильного колеса на антиблокировочных режимах движения // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2001. № 6. С. 63–69.
  4. Awrejcewiez J., Dzyubak L., Grehori C. Estimation of chaotic and regular (stick-slip and ship-slip) oscillations exhibited by coupled oscillations with dry friction // Nonlinear Dyn. 2005. Vol. 42, N 2. P. 383–394. doi: 10.1007/s11071-005-7183-0
  5. Pascal M. Dynamics and stability of a two degrees of freedom oscillator with an elastic stop // J. Comput. Nonlinear Dynam. 2006. Vol. 1, N 1. P. 94–102. doi: 10.1115/1.1961873
  6. Shin K., Brennan M.J., Oh J.-E., Harris C.J. Analysis of disk brake noise using a two-degrees-of-freedom model // Journal of Sound and Vibration. 2002. Vol. 254, N 5. P. 837–848. doi: 10.1006/jsvi.2001.4127
  7. Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., et al. Designs and development of Russian scientific schools in the field of cross-country ground vehicles building // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. Vol. 12, N 4. P. 1064-1071. Режим доступа: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0217_5726.pdf
  8. Ергин А.А., Коломейцева М.Б., Котиев Г.О. Антиблокировочная система управления тормозным приводом колеса автомобиля // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 9. С. 11–13.
  9. Soliman A., Kaldas M. An Investigation of Anti-lock Braking System for Automobiles // SAE Technical paper. 2016. doi: 10.4271/2012-01-0209
  10. Sun C., Pei X. Development of ABS ECU with Hardware-in-the-Loop Simulation Based on Labcar System // SAE Int. J. Passeng. Cars – Electron. Electr. Syst. 2015. Vol. 8, N 1. P. 14–21. doi: 10.4271/2014-01-2524
  11. Sabbioni E., Cheli F., d’Alessandro V. Politecnico di Milano Analysis of ABS/ESP Control Logics Using a HIL Test Bench // SAE Technical paper. 2016. doi: 10.4271/2011-01-0032
  12. Hart P.M. Review of Heavy Vehicle Braking Systems Requirements (PBS Requirements), Draft Report, 24 April 2003.
  13. Marshek K., Cuderman J., Johnson M. Performance of Anti-Lock Braking System Equipped Passenger Vehicles – Part I: Braking as a Function of Brake Pedal Application Force // SAE Technical Paper. 2002. doi: 10.4271/2002-01-0304
  14. Wellstead P.E., Pettit N.B.O.L. Analysis and redesign of an antilock brake system controller // IEE Proceedings - Control Theory and Applications. 1997. Vol. 144, N 5. P. 413–426. doi: 10.1049/ip-cta:19971441
  15. Жилейкин М.М. Исследование автоколебательных процессов в зоне взаимодействия эластичной шины с твердым опорным основанием // Известия ВУЗов. Сер. «Машиностроение». 2021. № 10. С. 3–15. doi: 10.18698/0536-1044-2021-10-3-15
  16. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. Т. 2. Колебания нелинейных механических систем. Под ред. И.И. Блехмана. М.: Машиностроение, 1979.
  17. Характеристики электробуса КАМАЗ 6282. Набережные Челны: ПАО «КАМАЗ», 2021. Дата обращения: 15.10.2022. Режим доступа: https://kamaz.ru/upload/bus/Электробус%20KAMAZ-6282.pdf
  18. Gorelov V.A., Komissarov A.I., Miroshnichenko A.V. 8×8 wheeled vehicle modeling in a multibody dynamics simulation software // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. P. 300–307. doi: 10.1016/j.proeng.2015.12.066
  19. Keller A.V., Gorelov V.A., Anchukov V.V. Modeling truck driveline dynamic loads at differential locking unit engagement // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. P. 280–287. doi: 10.1016/j.proeng.2015.12.063
  20. Volskaya V.N., Zhileykin M.M., Zakharov A.Y. Mathematical model of rolling an elastic wheel over deformable support base // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. Vol. 315. P. 012028. doi: 10.1088/1757-899X/315/1/012028.
  21. Belousov B., Ksenevich T.I., Vantsevich V., Komissarov D. 8×8 platform for studing terrain mobility and traction performance of unmanned articulated ground vehicles with steered wheels // SAE Technical Papers. 2013. doi: 10.4271/2013-01-2356
  22. Belousov B.N., Shelomkov S.A., Ksenevich T.I., et al. Experimental verification of a mathematical model of the wheel-supporting surface interaction during nonstationary rolling motion // J. Mach. Manuf. Reliab. 2009. Vol. 38. P. 501–505. doi: 10.3103/S1052618809050161
  23. Wong J.Y. Theory of Ground Vehicles. New York: Wiley IEEE, 2001.
  24. Antonyan A., Zhileykin M., Eranosyan A. The algorithm of diagnosing the development of a skid when driving a two-axle vehicle // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 820. P. 012003. doi: 10.1088/1757-899X/820/1/012003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схемы взаимодействия эластичного колеса с твердым опорным основанием (а) и схема привода (b): 1 — масса М подрессоренных частей, приходящаяся на колесо; 2 — масса m колеса; 3 — ролики, позволяющие перемещаться колесу без трения в продольном направлении; 4 — упругий элемент (податливость шины в продольном направлении); 5 — опорное основание; 6 —вращающееся колесо; 7 — тяговый электродвигатель.

Скачать (189KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Имитационная модель индивидуального тягового электрического привода.

Скачать (206KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фрагменты реализаций крутящего момента тягового электродвигателя (а), угловой скорости вращения ведущего колеса (b) и радиальной деформации шины (c).

Скачать (356KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектральные плотности энергии момента тягового электродвигателя (а), угловой скорости вращения ведущего колеса (b) и радиальной деформации шины (c).

Скачать (329KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Характерный фрагмент реализации тягового электрического момента, полученный при испытаниях электробуса.

Скачать (75KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Характерный фрагмент реализации тягового электрического момента, полученный в результате моделирования движения электробуса.

Скачать (89KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Спектральная плотность энергии момента тягового электродвигателя для реализации, полученной экспериментально.

Скачать (58KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Характерный фрагмент реализации угловой скорости колеса, полученный при испытаниях электробуса.

Скачать (68KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Характерный фрагмент реализации угловой скорости колеса, полученный в результате моделирования движения электробуса.

Скачать (49KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Спектральная плотность энергии угловой скорости колеса для реализации, полученной экспериментально.

Скачать (45KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах