satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2016-15-1-37-45sat-899Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОБУСА ПУТЕМ ИНТЕГРИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДВЕСКОЙ И ТРАНСМИССИЕЙIMPROVEMENT OF BUS OPERATIONAL CHARACTERISTICS WHILE USING INTEGRATED CONTROL OF SUSPENSION AND TRANSMISSIONМихайловВ. В.MikhailauV. V.

Кандидат технических наук, доцент 

Адрес для переписки: Михайлов Валерий Валерианович ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси» ул. Академическая, 12, 220072, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 284-25-93 valery.mikhailov@gmail.com

Associate Professor, PhD in Engineering

Address for correspondence: Mikhailau Valeriy V. State Scientific Institution “Joint Institute of Mechanical Engineering of National Academy of Sciences of Belarus” 12 Akademicheskaya str., 220072, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 17 284-25-93 valery.mikhailov@gmail.com

valery.mikhailov@gmail.comСнитковА. Г.SnitkovA. G.

Engineer

valery.mikhailov@gmail.comЛяховС. В.LiahovS. V.

Doctor of Engineering

valery.mikhailov@gmail.comОбъединенный институт машиностроения НАН БеларусиБеларусьJoint Institute of Mechanical Engineering of the NAS of BelarusBelarus2016120220161513745Copyright © Михайлов В.В., Снитков А.Г., Ляхов С.В., 20162016Михайлов В.В., Снитков А.Г., Ляхов С.В.Mikhailau V.V., Snitkov A.G., Liahov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/899

Выполнены полунатурные испытания активной пневматической подвески туристического автобуса массой 18 т с системой автоматической стабилизации кузова мобильной машины и обратной связью по кинематическому параметру при его комплектации автоматической гидромеханической передачей при разгоне, переключениях или торможении на дороге, заданной случайными неровностями. Проведено компьютерное моделирование динамических структур в комбинации c виртуальными приборами и реальными объектами (HIL – Hardware-in-the-Loop Simulation). В процессе исследования использовали персональные компьютеры, программное обеспечение, программируемый логический контроллер, генератор частоты, электромагнитный клапан. Предлагается оригинальный способ повышения эксплуатационных свойств, основанный на интегрированном управлении подвеской и автоматической гидромеханической трансмиссией. Математическая модель включает системы автоматической трансмиссии, подвески и модуль генерации случайных дорожных неровностей. Эта модель была положена в основу полунатурного лабораторного стенда с промышленно выпускаемым контроллером, другими компонентами автоматических систем и штатных органов управления. Наиболее эффективным способом стабилизации кузова считается управление подвеской по параметру угловой скорости вертикального поворота продольной оси автомобиля с точкой поворота в центре масс. Разработанные алгоритм и система стабилизации по угловой скорости поворота продольной оси кузова позволили улучшить динамику автобуса при переключениях передач и снизить расход топлива при трогании и разгоне. Одновременно при торможении такая система уменьшает амплитуду колебаний отдельных параметров более чем в два раза.

Semi-natural tests for active pneumatic suspension of a 18-tonne tourist bus with the system of automatic body stabilization of the mobile machine and feed-back coupling according to kinematics parameter. The test have been executed in the cases when the bus is stocked with an automatic hydro-mechanical transmission in the process of speed picking up, gear-changing or road braking which is assigned by accidental road humps. A computer simulation of dynamic structures in combination with virtual devices and real objects (HIL – Hardware-in-the-Loop Simulation) has been carried in the paper. Personal computers, software, programmed logic controller, frequency generator, solenoid-operated valve have been used for the investigation process. The paper proposes an unconventional method for improvement operational characteristics which is based on integrated control of a suspension and automatic hydro-mechanical transmission. A mathematical model includes systems of automatic transmission, suspension and module for generation of accidental road humps. The model has been considered as a basis for semi-natural laboratory bench with industrially-manufactured controller, other components of automatic systems and standard control organs. The most efficient method for body stabilization is control of the suspension according to the parameter of angular rate during vertical turn of an automobile’s center line with a turning point in the center of mass. The developed algorithm and stabilization system according to angular rate of body’s center line turning have made it possible to improve dynamics of the bus while making gear-changing and to reduce fuel consumption during starting-up and speed picking-up processes. During the braking process such system simultaneously decreases oscillation amplitude of some parameters more than two-fold.

модельпневматическая подвескатрансмиссияуправлениенеровностиHIL-стендmodelpneumatic suspensiontransmissioncontrolroad humpsHIL-simulationReferencesБурьян, Ю. А. Управление угловыми колебаниями автотранспортных средств / Ю. А. Бурьян, В. Н. Сорокин // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. № 6. С. 36–40.Burian Yu. A., Sorokin V. N. (2007) Control Over Angular Oscillations of Vehicles. Mekhatronika, Avtomatizatsia, Upravlenie [Mechatronics, Automation, Control], (6), 36–40 (in Russian).Active Suspension System of One-Wheel Car Models Using the Sliding Mode Control with VSS Observer // T. Yoshimura [et al.] // International Journal of Vehicle Autonomous System. 2002. Vol. 1, No 1. P. 133–152.Yoshimura T., Matumura S., Kurimoto M., Hino J. (2002) Active Suspension System of One-Wheel Car Models Using the Sliding Mode Control with VSS Observer. International Journal of Vehicle Autonomous System, 1 (1), 133–152. DOI: 10.1504/IJVAS.2002.001809.Hac, A. Improvements in Vehicle Handing / A. Hac, M. O. Bodie // International Journal of Vehicle Autonomous System. 2002. Vol. 1, No 1. P. 83–109.Hac A., Bodie M. O. (2002) Improvements in Vehicle Handing. International Journal of Vehicle Autonomous System, 1 (1), 83–109. DOI: 10.1504/IJVAS.2002.001807.Математическая модель автоматической трансмиссии в структуре испытательного комплекса / В. В. Михайлов [и др.] // Механика машин, механизмов и материалов. 2012. № 2 (19). С. 22–28.Mikhailau V. V., Basalaev V. N., Snitkov A. G., Sorochan V. M. (2012) Mathematical Model of Automatic Transmission in the Structure of Test Complex. Mekhanika Mashin, Mekhanizmov i Materialov [Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials], 2 (19), 22–28 (in Russian).Михайлов, В. В. Исследование процесса поворота мобильной машины на неровной дороге с помощью плоской комплексной модели / В. В. Михайлов // Механика машин, механизмов и материалов. 2013. № 3 (24). С. 20–27.Mikhailau V. V. (2013) Investigations on Mobile Machine Turning on Uneven Road with the Help of Plane Complex Model. Mekhanika Mashin, Mekhanizmov i Materialov [Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials], 3 (24), 20–27 (in Russian).Михайлов, В. В. Комплексная система отладки и диагностирования алгоритмов систем автоматического управления гидромеханическими трансмиссиями / В. В. Михайлов, А. Г. Снитков // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: ОИМ НАН Беларуси. 2012. Вып. 1. С. 316–319.Mikhailau V. V., Snitkov A. G. (2012) Complex System for Debugging and Diagnostics of Algorithms for Automatic Control Systems of Hydro-Mechanical Transmissions. Aktualnye Voprosy Mashinovedeniia. Sb. Nauch. Tr. [Actual Problems in Machine Science. Collection of Research Papers]. Minsk: Joint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Belarus, Part 1, 316–319 (in Russian).Михайлов, В. В. Формирование колебательных воздействий и расчет нагрузок в контакте колес автомобиля с неровной поверхностью дороги / В. В. Михайлов, М. Г. Солодкая // Механика машин, механизмов и материалов. 2010. № 4 (13). С. 18–23.Mikhailau V. V., Solodkaya M. G. (2010) Formation of Oscillation Impact and Calculation of Loads in the Contact Zone of Vehicle Wheels with Uneven Road Surface. Mekhanika Mashin, Mekhanizmov i Materialov [Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials], 4 (13), 18–23 (in Russian).Guclu, R. Neural Network Control of Non-Linear Full Vehicle Model Vibrations [Electronic resource] / R. Guclu, K. Gulez // Vibration Control. Croatia: Sciyo, 2010. Mode of access: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/11900.pdf. Date of access: 15 September 2015.Guclu R., Gulez K. (2010) Neural Network Control of Non-Linear Full Vehicle Model Vibrations. Vibration Control. Sciyo, Croatia. Available at: http://cdn.intechopen. com/pdfs-wm/11900.pdf. (Accessed 15 September 2015).Автомобили: конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть: учеб. пособие для вузов / А. И. Гришкевич [и др.]; под ред. А. И. Гришкевича. Минск: Выш. шк. 1987. 200 с.Lomako D. M., Avtushko V. P., Belenkii Iu. Iu., Beliaev V. M., Kapustin V. V., Metliuk N. F., Moliboshko L. A. (1987)Autmobiles: Design, Design Engineering and Calculation. Steering System and Running Gear. Minsk, Vesheyshaya Shkola. 200 p. (in Russian).Михайлов, В. В. Математическая идентификация электромагнитного клапана с пропорциональным управлением / В. В. Михайлов // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: ОИМ НАН Беларуси. 2013. Вып. 2. С. 136.Mikhailau V. V. (2013) Mathematical Identification of Solenoid-Operated Valve with Proportional Control. Aktualnye Voprosy Mashinovedeniia. Sb. Nauch. Tr. [Actual Problems in Machine Science. Collection of Research Papers]. Minsk: Joint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Belarus, Part 2, 136 (in Russian).Михайлов, В. В. Математическое моделирование в изучении переходных процессов и нагруженности элементов гидроусилителя руля с роторным распределителем / В. В. Михайлов, Е. Я. Строк // Наука и техника. 2013. № 1. С. 18–23.Mikhailau V. V., Strok E. Ya. (2013) Mathematical Simulation for Studying Transitional Processes and Loading of Elements of Hydraulic Power Steering with Rotor Distributor. Nauka i Tekhnika [Science and Technique], (1), 18–23 (in Russian).Ляхов, С. Метод экспресс-диагностики пилотной части пропорционального электромагнитного клапана / С. В. Ляхов, А. Г. Снитков, В. В. Михайлов // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: ОИМ НАН Беларуси. 2014. Вып. 3. С. 132–138.Liakhov S. V., Snitkov A. G., Mikhailau V. V. (2014) Instant Diagnosis Method for Pilot Part of Proportional Solenoid-Operated Valve. Aktualnye Voprosy Mashinovedeniia. Sb. Nauch. Tr. [Actual Problems in Machine Science. Collection of Research Papers]. Minsk: Joint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of Belarus, Part 3, 132–138 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.