Автоматизация процессов моделирования и адаптивного управления гусеничными машинами для эксплуатации в экстремальных условиях на этапе промышленного производства

Динамичное развитие отечественной и мировой индустрии связано с необходимостью расширения ресурсной базы и непрерывным увеличением добычи полезных ископаемых. Одновременно в настоящее время наблюдается массовое истощение месторождений в относительно доступных областях. В связи с этим активный поиск полезных ископаемых все более смещается в труднодоступные территории. В масштабахны крайне важной проблемой является эффективный поиск месторождений полезных ископаемых в труднодоступных районах Крайнего севера, Сибири и Дальнего востока. Последнее обстоятельство влечет за собой дальнейшее повышение актуальности задачи по обеспечению приспособленности технических средств, предназначенных для проведения разведки месторождений полезных ископаемых, установки комплексных механизированных систем с целью выполнения работ в сложных природно-климатических и дорожных условиях, к выполнению возложенных на них функций и, соответственно, совершенствованию их подвижной базы — гусеничных машин (ГМ) с целью адаптации к автономному использованию в жестких условиях.

Из существующих образцов подвижной техники наиболее приспособленными к использованию в сложных природно-климатических и дорожных условиях являются ГМ. Этим обстоятельством обусловлено их преимущественное применения для решения описываемого круга задач. Однако существующие образцы не учитывают ряд специфических требований, вытекающих из особенностей их применения, и не в полной мере удовлетворяют требованиям эксплуатирующих организаций. Характерные особенности спектра внешних воздействий, оказывающие наиболее значимое влияние на процесс использования ГМ по их целевому назначению, существенно отличны от наиболее значимых факторов, влияющих на колесные машины в ходе их эксплуатации. При этом наиболее значимые специфические факторы можно разделить на две группы — организационные и факторы, формируемые характерным воздействием природной среды [1].

К наиболее значимым организационным факторам, оказывающим решающее воздействие на ГМ в период их использования по назначению следует отнести: о отсутствие баз для квалифицированного обслуживания и ремонта, о низкий уровень квалификации обслуживающего персонала, о низкое качество эксплуатационных жидкостей и других материалов, о необходимость автономного функционирования в течение длительных периодов (до полугода и более), о длительные переходы без технической поддержки, о необходимость поддержания постоянной готовности к применению в течение длительного времени, иногда в течение всего срока использования по назначению,.

К наиболее значимым факторам, воздействующим на ГМ в период их использования по предназначению и формируемым природной средой следует отнести о длительное воздействие низких температур, о отсутствие дорожной сети, о высокая влажность, о необходимость преодоления крутых подъемов, косогоров, лесных завалов, водных преград, о длительные ночные периоды.

Исходя из особенностей применения ГМ требования к ним со стороны эксплуатирующих организаций будут существенно отличаться от требований, предъявляемых к транспортным средствам, используемым в обычных условиях.

Для обеспечения выполнения задач в описываемых условиях ГМ должны обеспечивать достаточную наработку на отказ, иметь функции самодиагностирования, быть пригодными к поблочному ремонту, не требовать высокой квалификации обслуживающего персонала, быть эргономичными и экономичными, при этом обладать высокой подвижностью. Соблюдение этих требований должно обеспечиваться во всем спектре возможных природно-климатических и дорожных воздействий. Заложить технические решения, направленные на достижение указанных требований в конструкцию ГМ возможно только на этапе промышленного производства.

При достижении указанных требований необходимо обеспечить повышение ключевого показателя, определяющего пригодность ГМ к использованию по назначению — подвижности. Основными показателями подвижности ГМ являются средняя скорость движения и запас хода, повышение уровня которых, как правило, достигалось за счет совершенствования конструкции систем и агрегатов шасси, обеспечивающих движение ГМ. Однако в настоящее время высокий уровень развития конструкции систем и агрегатов шасси не позволяет обеспечить существенное повышение показателей подвижности образцов только лишь за счет повышения удельных мощностей и качества подвески.

Одним из путей реализации высоких эксплуатационных показателей и их качественного роста на перспективных образцах ГМ является автоматизация управления процессами их функционирования, осуществляемая на основе как локальных систем управления различными агрегатами шасси, так и объединенных, решающих комплексные задачи управления — бортовыми информационно-управляющими системами (БИУС). Под БИУС ГМ понимается бортовая система управления, построенная на основе аппаратно-программных средств электронной и микропроцессорной техники и обеспечивающая интеграцию и взаимодействие всех функциональных систем объекта [2].

В нашей стране, несмотря на ведущиеся в данном направлении работы, должного развития вопросы разработки и оснащения вездеходов автоматическими системами управления не получили. В большей части это касается автоматических систем управления процессами функционирования агрегатов шасси. В настоящее время производимые нашей промышленностью ГМ средств автоматизации рабочих процессов агрегатов шасси и движения машины в целом не имеют.

В тоже время интенсивное развитие электроники и микропроцессорной техники создало условия для разработки и оснащения подвижных объектов различными автоматическими системами, предназначенными для облегчения действий водителя, связанных с контролем режимов работы различных систем и агрегатов шасси, обнаружением неисправностей и управлением движением машины.

Применение автоматических систем управления и контроля шасси ГМ, осуществляющих управление системами и агрегатами, обеспечивающими движение, контроль их состояния и поиск неисправностей на борту, позволяет снять с водителя ряд функций по управлению движением машины, что дает возможность [3−5]: о уменьшить психофизиологические нагрузки на водителя, снизить его утомляемость и тем самым облегчить процесс управления, что способствует повышению уровня подвижности ГМо обеспечить наиболее рациональное в данных внешних условиях управление для реализации требуемого режима движенияо повысить надежность функционирования ГМ за счет осуществления в автоматическом режиме контроля технического состояния и защиты систем и агрегатов машины от критических режимов работы и ошибочных действий водителяо обеспечить снижение зависимости показателей подвижности от квалификации водителя, что особенно важно для гусеничной техники, так как в ходе эксплуатации, учитывая высокую напряженность функционирования, и как следствие быструю утомляемость, требования к квалификации водителей предъявляются завышенные.

Автоматизация процессов управления режимами работы и контроля технического состояния систем и агрегатов машины, реализуемая за счет оснащения современных ГМ цифровыми системами управления, обеспечивает решение следующих задач [6]: о обработка данных о состоянии объекта управленияо обработка данных о состоянии внешней среды, окружающей объект управленияо обеспечение связи экипажа машины с центральным пунктом управления и передача информации в автоматическом режиме по линиям связио контроль состояния систем и агрегатов машины, локализация неисправностей, выдача рекомендаций в аварийных ситуацияхо управление отдельными системами и агрегатами и движением объекта в целом и т. д.

Таким образом, оснащение современных подвижных объектов автоматическими системами управления, как отдельными агрегатами, так и движением машины, дает возможность повысить тягово-динамические, топливно-экономические показатели, надежность функционирования систем и агрегатов объекта, улучшить условия работы водителя и в целом показатели подвижности ГМ. Однако один лишь факт автоматизации не обеспечивает повышение эксплуатационных показателей ГМ, поскольку качественная сторона процесса управления определяется характеристиками системы управления, законами управления и алгоритмами работы автоматической системы.

Решение задач по организации структуры и выбору параметров системы управления, построению законов и алгоритмов управления движением осуществляется на базе теории автоматического управления движением транспортных машин, созданной в середине 50-х годов на основе трудов Ай-зермана М.А., Петрова В. А. и др. [3,7,8]. Несмотря на успехи, достигнутые в области автоматизации управления движением, на сегодняшний день теория автоматического управления движением в состоянии ответить лишь на ряд вопросов, стоящих перед разработчиками автоматических систем управления, и не удовлетворяет запросам практики на настоящем этапе развития техники.

В теории автоматического управления движением существенное развитие получили вопросы построения законов, алгоритмов функционирования и организации, главным образом, автоматических систем управления транс-миссиялт колесных и гусеничных машин [3,4,9]. В настоящее же время широко применяются автоматические системы, которые решают задачи управления всеми системами и агрегатами, обеспечивающими движение машины. На данные системы управления возлагаются функции контроля технического состояния и информирования водителя о режимах работы систем и агрегатов движущегося объекта, а также комплексного управления двигателем, трансмиссией, системой подрессоривания. Раздельное управление системами и агрегатами, обеспечивающими движение машины, не позволяет учитывать их взаимовлияние при выборе рабочих режимов и реализовать эффективное функционирование объекта.

В связи с этим возникла необходимость дальнейшего развития теории управления движением машины и реализации качественно нового подхода к решению задачи управления движением, заключающегося в совместном управлении всеми системами, обеспечивающими движение (главным образом, двигателя и трансмиссии), по единой программе.

Применение систем управления на основе цифровых вычислительных устройств существенно расширило возможности по автоматизации управления движением ГМ, так как позволяет реализовать сложные алгоритмы связного управления, включая построенные на основе адаптивных законов управления, учитывающие при формировании управляющего воздействия взаимосвязь и взаимовлияние параметров систем и агрегатов шасси машины и изменение технического состояния и условий функционирования объекта управления. В тоже время темпы развития электронной и микропроцессорной техники, определяющие состояние элементной базы для создания современных автоматических систем управления и контроля, опережают развитие теории автоматического управления транспортными машинами. В результате возможности по реализации законов управления, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства машины, оказываются не задействованы. К тому же в теории автоматического управления движением транспортных машин достаточно полно разработаны вопросы построения и расчета систем управления на основе механических, гидромеханических, электрогидравлических и электромеханических устройств [3,4,10] и в недостаточной степени исследованы особенности построения, анализа и расчета систем управления на основе электронной и микропроцессорной техники.

Без более глубокого исследования взаимосвязи параметров ГМ, как объекта управления, и системы, осуществляющей формирование и отработку управляющих сигналов, создание автоматической системы, обеспечивающей управление движением машины с высокими параметрами качества, сопряжено с определенными трудностями.

В связи с этим существует практическая потребность в решении проблемы, связанной с организацией автоматического управления режимами работы двигателя и трансмиссии по единой программе, осуществляемого на основе цифровых систем управления и контроля, с учетом назначения, условий функционирования и конструкционных параметров машины, как объекта управления. Качественное управление двигателем и трансмиссией позволит решить комплекс задач по повышению показателей подвижности (средней скорости движения и запаса хода) и надежности функционирования ГМ за счет выбора рациональных в данных условиях режимов движения и поддержания рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и трансмиссии в допустимых пределах.

Существенное значение имеет возможность осуществления выбора законов управления, организации алгоритмического и программного обеспечения с учетом особенностей построения системы управления, конструкции и условий функционирования ГМ на стадии проектирования машины.

Решение указанных задач позволит проводить обоснованный выбор параметров системы управления как совокупности объекта управления и сил и средств, посредством которых это управление осуществляется, законов управления и алгоритмов функционирования системы, обеспечивающих необходимое качество процесса управления движением машины. В настоящее время отработка данных вопросов осуществляется в ходе доводочных работ, что значительно повышает затраты средств и времени на разработку новых и модернизацию созданных систем управления шасси.

Таким образом, возникла необходимость в развитии основных положений теории автоматического управления движением гусеничных машин, заключающаяся в решении проблемы выбора рациональной структуры, параметров автоматической микропроцессорной системы управления и законов управления движением в зависимости от особенностей конструкции и назначения ГМ как для уже созданных машин, так и на стадии их проектирования, и промышленного производства обеспечивающих требуемое качество процессов управления и реализацию оптимальных тягово-динамических и топ-ливно-экономических свойств машины.

Настоящая работа направлена на решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, а именно: обеспечение и поддержание функционального потенциала (технического уровня) ГМ, предназначенных для использования в сложных природно-климатических и дорожных условиях.

Цель исследования: автоматизация процессов управления движением ГМ при их непрерывной готовности к применению по назначению в сложных природно-климатических и дорожных условиях на этапе промышленного производства.

Научная новизна. Научная новизна исследования состоит в: разработке метода построения нечетких алгоритмов управления шасси ГМ, реализуемых на базе микропроцессорных систем управленияформировании принципов построения и обосновании структуры системы информационного обеспечения автоматической системы управления шасси, реализующей адаптивные алгоритмы функционирования ГМразработке метода анализа условий возникновения цикличности переключения передач при автоматическом управлении трансмиссиейразработке метода оценки эффективности автоматических систем управления движением ГМ.

Практическая ценность. В практическом аспекте полученные результаты обеспечивают: построение адаптивных алгоритмов управления движением ГМ и реализацию их на базе «обычных» микропроцессорных систем управления шассисоздание на основе разработанных технических решений и автоматической системы управления шасси ГМ, реализующей адаптивные законы связного управления двигателем и трансмиссиейанализ возможности возникновения цикличности переключения передач в различных условиях функционирования машиныисследование и анализ параметров и законов управления автоматических систем управления шасси ГМ (в том числе, и на стадии их проектирования) — проведение экспериментальной оценки влияния автоматической системы управления движением на основные эксплуатационные свойства ГМ, разработке предложений по автоматизации процессов управления движением ГМ при их непрерывной готовности к использованию по назначению в сложных природно-климатических и дорожных условиях на этапе промышленного производства.

Методы исследования. При разработке диссертации применялось сочетание математического и физического моделирования с использованием методов аналитической механики, дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений, преобразований Фурье для анализа и оценки результатов моделирования. Методы экспериментальных исследований и теории вероятности использовались при подготовке и проведении ходовых испытаний гусеничной машины и при обработке полученных экспериментальных данных.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы реализованы в:

НИОКР ФГУП «560 Бронетанковый ремонтный завод» при разработке методики испытаний бортовой информационно-управляющей системы в составе гусеничной машины «Березина»;

НИОКР ФГУП «19 Центральный автомобильно-ремонтный завод» при модернизации систем управления специальных машин во время их регламентированного ремонта.

423 Выводы.

1. На основе данных, полученных в результате экспериментальных исследований проведены анализ влияния автоматической системы управления шасси ГМ на основные эксплуатационные свойства машины и оценка тягово-динамических, топливно-экономических свойств, а также качества регулирования температурного режима работы ДВС и трансмиссии и исключения динамических нагрузок в трансмиссии при переключении передач.

2. С целью отработки законов связного управления режимами работы ДВС и трансмиссии была разработана, изготовлена и установлена на гусеничную машину «Березина» система управления топливоподачей ДВС.

3. Экспериментальные данные, полученные в ходе проведения работы, подтвердили правильность выбранных технических решений и работоспособность конструкции. Указанные конструктивные доработки автоматической системы управления шасси в совокупности с разработанным программным обеспечением, реализующим алгоритм связного управления ДВС и трансмиссии, обладающего способностью адаптироваться к изменению внешних условий функционирования объекта, задающих воздействий водителя и технического состояния машины, обеспечили высокое качество и эффективность процессов управления движением ГМ, отсутствие циклических процессов при переключениях и повышение уровня подвижности и надежности функционирования систем и агрегатов шасси в целом.

4. Автоматизация процессов управления движением ' ГМ при их непрерывной готовности к применению по назначению в сложных природно-климатических и дорожных условиях на этапе промышленного производства позволила достичь следующих результатов:

4.1. При движении в автоматическом режиме расход топлива снижается в среднем на 5−7% при вождении водителями высокой квалификации и на 10−11% при вождении малоопытными водителями.

4.2. Интенсивность разгона при вождении водителями высокой квалификации возрастает на величину до 5%, при вождении водителями низкой квалификации — до 15%.

4.3. Повышение средней скорости движения в течении суточного перехода составило в среднем 16%.

4.4. В случае вождения водителями высокой квалификации прирост динамических показателей за счет автоматизация управления движением составляет 6%, низкой квалификации от 10 до 20%.

4.5. Точность регулирования температурного режима работы моторно-трансмиссионной установки на всех нагрузочных режимах составляет ± 3%, что обеспечивает ее работу в наиболее рациональном режиме, установленным заводом-изготовителем.

4.6. Продолжительность движения со скоростями свыше 30 км/ч у водителей высокой квалификации в автоматическом режиме выше, чем в ручном на 13% и составляет 74% в режиме «автомат» и 61% в ручном, у водителей низкой квалификации эти показатели составляют 52% в режиме «автомат» и 31% в ручном режиме.

4.7. Психофизического состояния водителей существенно улучшается и позволяет увеличить среднесуточные переходы на 25−30%.

4.8. Количество переключений передач на 1 км пути у водителей низкой квалификации увеличивается с 2,1 до 3,6, что свидетельствует большему соответствию режима работы машины внешним условиям.

4.9. Вследствие согласования процессов переключения передач и работы двигателя превышение значений моментов после переключений передач над их значениями до переключений в среднем снизилось до 1,2 — 1,3 раза, что говорит о снижении нагрузок на агрегаты трансмиссии и двигатель, а следовательно и о повышении их долговечности и наработки на отказ.

5. Разработка специального программного обеспечения, организующего функционирование системы сбора и обработки информации, позволила повысить показатели качества процессов регулирования температурного режима работы ДВС и ГМТ независимо от внешних условий, квалификации водителя, состояния и режимов работы машины, определяющих характер управляющих воздействий.

6. Предложения по автоматизации промышленного производства ГМ предполагает внедрение нейросетевой модели управления производством, позволяющей на этапе промышленного производства обеспечить требуемый уровень функционального потенциала ГМ, предназначенных для использования в сложных природно-климатических и дорожных условиях, при дальнейшем привлечении минимальных средств на его поддержание в процессе использования их по целевому предназначению.

Заключение

.

Анализ результатов исследований влияния конструкции систем и агрегатов шасси ГМ на показатели подвижности показал, что одним из основных направлений повышения уровня подвижности, наряду с дальнейшим совершенствованием двигателя, трансмиссии и ходовой части, является автоматизация процессов управления движением машины.

Однако в результате анализа процессов функционирования ГМ выявлено, что при изменении условий и режимов движения машины требования к параметрам автоматической системы управления агрегатами шасси и законам управления различны, а иногда и противоречивы. Удовлетворить одновременно большей части из них трудно, а всем — зачастую невозможно.

Кроме того, процесс автоматизации управления движением ГМ усложняется недостатком априорной информации о характеристиках внешних условий движения, задающих воздействиях водителя и параметрах объекта управления и их непредвиденным изменением в широких пределах. В данных условиях «обычные» автоматические системы управления не обеспечивают высокой эффективности функционирования объекта, поскольку традиционная теория управления для определения законов управления требует знания математической модели объекта и входящих в эту модель параметров. В связи с недостаточностью априорной информации о внешних воздействиях и о состоянии объекта, а также сложностью процессов функционирования машины, трудно обеспечить достаточно точное математическое описание объекта управления и точное знание всех необходимых величин. Вследствие этого обычные системы управления с обратной связью, действующие по жестко заданному алгоритму, не обеспечивают эффективное управление при динамичном изменении в больших пределах внешних или внутренних условий. Для решения данной задачи целесообразно применение адаптивных систем, постоянно подстраивающих параметры и законы управления основной системы под изменения условий, параметров и режимов функционирования ГМ.

С целью формирования требований к структуре и параметрам автоматической системы управления шасси ГМ, реализующим адаптивное управление, и разработки алгоритмов адаптации процессов управления агрегатами машины проведен анализ режимов движения ГМ, в результате которого выявлены факторы, определяющие особенности законов управления при изменении внешних условий, технического состояния и режимов функционирования машины.

В случае, когда все параметры машины, характеризующее ее техническое состояние, находятся в пределах нормы, режимы работы двигателя и трансмиссии необходимо выбирать исходя из внешних условий и характера задающих воздействий водителя, определяющих требуемый режим движения машины — из условий обеспечения высоких тягово-динамических или топливно-экономических свойств.

Автоматическая система управления шасси ГМ должна учитывать изменение состояния объекта управления и осуществлять коррекцию управляющих воздействий в соответствии с этими изменениями с целью исключения нерациональных и аварийных режимов работы систем и агрегатов, обеспечивающих движение: цикличность переключений передач и блокировок фрикциона гидропередачи, высокие динамические нагрузки в трансмиссии при переключениях передач и выход рабочих параметров за пределы рекомендуемых значений (в том числепредельные температурные режимы работы двигателя и трансмиссии).

Анализ законов переключения передач на устойчивость и оценку возможности возникновения периодического изменения скорости движения ГМ при движении в заданных внешних условиях, сопровождающегося цикличностью переключения передач, предлагается осуществлять с применением разработанного в работе метода. Предлагаемый метод исследования условий возникновения цикличности переключения передач разработан на основе анализа математической модели движения ГМ с применением метода гармонической линеаризации.

Правомерность применения методов линеаризации подтверждается результатами исследования математической модели движения ГМ в условиях воздействия периодического внешнего возмущения, которые показали, что ГМ, как динамическая система, по своей реакции на данное возмущение обладает свойством суперпозиции и при решении практических вопросов с достаточной для практики степенью точности может рассматриваться как квазилинейная.

Плавность переключения передач и, соответственно, уровень динамических нагрузок в трансмиссии определяется соотношением частот вращения ведущих бУ/ и ведомых со2 частей фрикционного устройства и интенсивностью нарастания момента трения Мтр. В связи с этим решение задачи безударного переключения передач возможно при реализации связного управления режимами работы ДВС и трансмиссии по единой программе. Это позволит обеспечить согласование частот вращения ведущих и ведомых частей фрикционного устройства изменением частоты вращения двигателя, а также регулирование силы сжатия дисков трения и, соответственно, интенсивность увеличения МТр за счет изменения рабочего давления в бустерах сервомоторов.

Вследствие непредсказуемого изменения и значительной нестабильности параметров, характеризующих состояние и режимы работы фрикционных устройств, целесообразна организация адаптивного управления процессом переключения передач, реализующего коррекцию управляющих воздействий в соответствии с данными изменениями.

Регулирование температурного режима ДВС и трансмиссии может осуществляться за счет изменения количества воздуха, проходящего через радиаторы, и изменением нагрузки за счет управления режимами работы двигателя и трансмиссии (изменением подачи топлива в цилиндры ДВС, переключением передач и блокировкой фрикциона гидропередачи).

Температурный режим моторно-трансмиссионной установки определяется множеством факторов, характеризующих внешние условия, состояние и режимы работы двигателя и трансмиссии и определяющих значения постоянной времени Т и коэффициента усиления К, р системы управления тепловым режимом работы ДВС и трансмиссии. Для обеспечения качественного функционирования системы управления тепловым режимом двигателя и трансмиссии необходим учет изменения коэффициентов Т и Кд, и перенастройка системы при изменении внешних условий, режимов работы и параметров объекта. В связи со сложностью измерения параметров, характеризующих процесс регулирования температурного режима двигателя и трансмиссии, возникает необходимость осуществления управления в условиях недостатка информации о внешних условиях и состоянии объекта управления.

На основе анализа процессов функционирования ГМ проведено обоснование принципов построения автоматической системы управления движением и структуры информационного обеспечения адаптивной системы управления шасси, реализующей достижение целей управления при минимальном объеме данных о внешних условиях, состоянии и режимах работы объекта.

Принципы организации структуры и построения алгоритмического и программного обеспечения автоматической системы управления шасси ГМ включают: комплексное управление агрегатами шасси (главным образом, двигателем и трансмиссией) по единой программекоррекцию законов управления с целью обеспечения режимов движения, оптимальных по тягово-динамическим или топливно-экономическим свойствам (в зависимости от решаемых задач и внешних условий движения);

— защиту агрегатов шасси от критических режимов работы, вызванных ошибочными действиями механика-водителя, а также от перегрузок при работе в тяжелых внешних условиях;

— изменение алгоритмов управления с целью сохранения работоспособности машины в случае возникновения неисправностей или отказов;

— обеспечение движения ГМ в ручном режиме при отключенной вычислительной части (в том числе, при выходе из строя микропроцессорного блока).

Предложен метод построения нечетких алгоритмов управления шасси ГМ, реализуемых на базе «обычных» микропроцессорных систем управления, и обеспечивающих решение задачи адаптации процессов управления агрегатами шасси ГМ к изменению их технического состояния, режимов работы машины, внешних условий движения и управляющих воздействий механика-водителя.

Обоснован вариант технической реализации автоматической системы управления шасси ГМ, обеспечивающей связное управление двигателем и трансмиссией и выбор рациональных режимов их работы в зависимости от внешних условий движения, управляющих воздействий водителя и технического состояния систем и агрегатов машины.

Конструктивные доработки автоматической системы управления в совокупности с разработанным программным обеспечением, реализующим связное управления ДВС и трансмиссии на основе адаптивных алгоритмов, учитывающих изменение внешних условий функционирования объекта, задающих воздействий водителя и технического состояния машины, обеспечили требуемое качество и эффективность процессов управления движением ГМ, отсутствие цикличности при переключениях и в целом повышение уровня подвижности и надежности функционирования систем и агрегатов шасси.

Система управления шасси ГМ исключает участие человека в выборе режимом работы систем и агрегатов, обеспечивающих движение машины. Водитель является задатчиком скоростного режима движения, а выбор режимов работы двигателя и трансмиссии и обеспечение заданной скорости осуществляет автоматика. При этом за счет связного управления двигателем и трансмиссией обеспечивается выбор рациональных режимов их работы в зависимости от внешних условий движения, управляющих воздействий водителя и технического состояния систем и агрегатов шасси машины.

Разработаны технические решения, реализующие регулирование плавности переключения передач и обеспечивающие безударное включение передач при значительных изменениях параметров внешних условий и режимов работы систем и агрегатов машины, снижая при этом динамические нагрузки в трансмиссии при переключении передач.

Исключение ударных нагрузок в трансмиссии при автоматическом переключении передач осуществляется за счет связного управления ДВС и процессом переключения передач, а также регулированием момента трения фрикционных элементов трансмиссии изменением давления в бустерах фрикционных устройств.

Разработаны технические решения по регулированию температурного режима работы двигателя и трансмиссии, обеспечивающие в автоматическом режиме оптимальную температуру в системе охлаждения, масляной системе двигателя и системе смазки и гидроуправления трансмиссии при значительных изменениях режимов работы и условий функционирования ГМ.

Регулирование температурного режима" ДВС и трансмиссий осуществляется за счет управления положением жалюзи и рациональным выбором режимов работы двигателя и коробки передач.

Рассмотрены задачи и структура системы управления шасси ГМ с электромеханической трансмиссией. Проведены экспериментальные исследования с целью определения целесообразности использования молекулярных накопителей энергии в составе электромеханических трансмиссий и рассмотрены вопросы управления ее режимами работы. Предложена автоматическая система управления шасси ГМ с электромеханической трансмиссией с блоком молекулярных накопителей.

Целесообразность применения автоматики для решения задач контроля и управления системами и агрегатами шасси гусеничной машины определяется качеством управляющих процессов. В связи с этим возникает необходимость в разработке аппарата оценки качества процессов управления системами и агрегатами шасси ГМ.

Разработанный метод экспериментальной оценки эксплуатационных свойств ГМ, оснащенной БИУС, позволяет осуществлять проверку качества автоматизации процессов управления движением в наиболее характерных условиях функционирования машины и оценку влияния автоматической системы управления шасси на основные эксплуатационные свойства ГМ: тягово-динамические, топливно-экономические и ее способность по реализации защиты от предельных и нерациональных режимов работы систем и агрегатов шасси. Объем получаемой информации и способы ее обработки обеспечивают не только оценку эффективности решений частных задач управления, но и выявление причин их низкого качества.

Для проведения исследований процессов управления системами и агрегатами шасси ГМ, оценки эффективности автоматической системы управления шасси ГМ на этапах разработки и осуществления ее доводки предложено специализированное электронное стендовое оборудование, обеспечивающее получение исходной информации для анализа и оценки электронных и микропроцессорных систем управления и контроля.

Разработанный способ, включающий физическое моделирование процессов функционирования автоматической системы управления шасси ГМ в совокупности с аналитическими методами расчета исходных данных, математическим моделированием и реальными записями параметров внешних условий, рабочих процессов агрегатов и в целом движения ГМ обеспечивает адекватность имитируемых процессов реальным процессам функционирования ГМ, оснащенной микропроцессорной или электронной системой управления, контроля и диагностики.

Возможность регистрации и записи имитируемых рабочих параметров ГМ и режимов работы исследуемой системы управления позволяет проводить дальнейшую обработку и анализ полученной информации по различным методикам с высокой степенью точности и оценку качества функционирования автоматической системы управления шасси ГМ в различных внешних условиях.

С целью оценки предлагаемых технических решений по совершенствованию автоматических систем управления шасси ГМ, а также практической проверке положений методики оценки автоматической системы управления шасси проведены экспериментальные исследования ГМ с автоматической системой управления.

Для отработки законов связного управления режимами работы ДВС и трансмиссии была разработана и изготовлена система управления топли-воподачей ДВС и установлена на испытуемый объект.

Конструктивные доработки автоматической системы управления шасси ГМ в совокупности с разработанным программным обеспечением, реализующим алгоритм связного управления ДВС и трансмиссии с элементами адаптации управления к изменению внешних условий функционирования объекта, задающих воздействий водителя и технического состояния машины, обеспечили высокое качество и эффективность процессов управления движением ГМ, отсутствие циклических процессов при переключениях и в целом повышение уровня подвижности и надежности функционирования систем и агрегатов шасси. При оценке динамических и в целом скоростных свойств машины преимущество автоматического управления перед ручным особенно проявилось при вождении малоопытными водителями. Однако полученные результаты показывают, что при вождении водителями высокой квалификации динамические характеристики и средняя скорость движения при автоматическом управлении, пусть и незначительно, но превышают показатели динамики разгона и Уср в случае ручного управления.

Динамические качества и значения средней скорости движения, полученные при вождении высокопрофессиональными водителями в автоматическом режиме управления, оказались выше результатов при ручном управлении. Таким образом, автоматическая система управления шасси ГМ реализует управление системами и агрегатами, обеспечивающими движение ГМ, на уровне водителей высокой квалификации, что говорит о рациональном выборе структуры, параметров системы, законов управления и правильной организации алгоритмического обеспечения.

Оценка влияния автоматической системы управления шасси ГМ на топливно-экономические свойства показала, что при движении в автоматическом режиме расход топлива снижается в среднем на 5−7% при вождении механиками-водителями высокой квалификации и до 10% при вождении малоопытными механиками-водителями.

Использование автоматизированной системы управления топливо-подачей ДВС для реализации безударного переключения передач за счет изменения частоты вращения ДВС при переключениях обеспечило существенное снижение динамических нагрузок в силовой цепи «двигатель-трансмиссия-гусеничный движитель». Однако в результате увеличилось время переключения передач, что при движении в тяжелых внешних условиях может привести к снижению показателей подвижности.

Для обеспечения безударного переключения передач при минимальном времени переключения в совокупности с изменением частоты вращения ДВС необходимо осуществлять регулирование момента трения дисков фрикционных устройств коробки передач. Это снизит требование к точности регулирования частоты вращения ДВС в момент переключения и сократит общее время переключения передачи.

Разработка специального программного обеспечения, организующего функционирование системы сбора и обработки информации, позволило обеспечить высокое качество процесса регулирования температурного режима работы ДВС и ГМТ в различных условиях, независимо от внешних условий, состояния и режимов работы машины и квалификации водителя, определяющих характер управляющих воздействий.

Таким образом, на основе полученных в результате экспериментальных исследований результатов проведен анализ влияния структуры, параА метров и законов управления автоматической системы управления шасси ГМ на основные эксплуатационные свойства машины: тягово-динамические, топливно-экономические, надежность функционирования систем и агрегатов машины.

Предложения по автоматизации промышленного производства ГМ предполагает внедрение нейросетевой модели управления производством, позволяющей на этапе промышленного производства обеспечить требуемый уровень функционального потенциала ГМ, предназначенных для использования в сложных природно-климатических и дорожных условиях, при дальнейшем привлечении минимальных средств на его поддержание в процессе использования их по целевому предназначению.