CC BY
34
УДК 623.437.093
КОМПОНЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩЕЙ ПРОЦЕССЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ И ТРАНСМИССИИ
БТР-82А
Б.Б. Колосков, Н.Е. Стариков
Проведен анализ математической модели движения, используемой в тренажере вождения БТР-82А, выявлены недостатки данной модели, предложены компоненты математической модели, описывающей процессы функционирования двигателя и трансмиссии БТР-82А.
Ключевые слова: обучение, тренажер вождения БТР-82А, двигатель и трансмиссия БТР-82А, математические модели.
Установлено, что одним из важных факторов обеспечения степени соответствия тренажеров вождения (ТВ) реальным объектам бронетанковой техники (БТТ) является соответствие функционирования ТВ, в части изменения положения имитатора кабины рабочего места обучаемого (РМО) реальным движениям кабины объекта [1]. Повороты трассы, неравномерная подача топлива в двигатель, чередование режимов разгона и торможения и т.п. вызывают колебания объекта БТТ, поэтому, в целях качественной и количественной оценки неуправляемых движений объекта необходимо учитывать характеристики объекта, как механической динамической системы.
Функционирование ТВ определяется действиями МВ, который, находясь на РМО, воздействует на органы управления, запускает двигатель и воспринимает информацию о состоянии объекта. Сопоставляя значения параметров с допустимыми, МВ воздействует на органы управления ТВ таким образом, чтобы привести значения этих параметров в соответствие с требуемыми по условиям начала движения [2]. К органам управления в ТВ БТР-82А относятся рулевое колесо, педали подачи топлива (ППТ), сцепления и тормоза (оснащенные загрузочным устройством, представляющим собой пружину, создающим сопротивление движениям ноги, аналогичное сопротивлению в реальном объекте), рычаги переключения коробки передач (КП) и раздаточной коробки передач (РКП), стояночный тормоз, которые механически связаны с датчиками их положения. Датчиками рулевого колеса и педалей являются потенциометры, оси которых поворачиваются на угол, пропорциональный перемещению этих органов управления. Датчиками рычагов переключения КП и РКП, а также стояночного тормоза являются микропереключатели. На выходе датчиков формируются аналоговые напряжения, пропорциональные величине перемещения органов управления, поступающие на соответствующие входы устройства сопряжения, с помощью которого они преобразуются в цифровой код, который, в свою очередь, с помощью ЭВМ, преобразуется в численные значения переменных, необходимых для управления математической моделью.
Математическая модель, описывающая процессы функционирования двигателя и трансмиссии БТР-82А (далее ММ БТР-82А), является одной из основных составляющих математического обеспечения ТВ БТР-82А. Основное требование, предъявляемое к ММ БТР-82А, заключается в обеспечении одинаковых возможностей исследования как при расчетах, так и при натурных испытаниях. Например, исследование ММ динамики трансмиссии объекта, когда передаточные числа изменяются дискретно, не дает возможности отследить качественные изменения свойств трансмиссии. Особенность процесса трогания объекта с места заключается в темпе трогания, который зависит от индивидуальных качеств МВ, управляющим педалями привода муфты сцепления и по-
577
дачи топлива. Для ММ двигателя внутреннего сгорания (ДВС) входным воздействием является параметр Ь. = Н (/) - закон перемещения ППТ, а выходным - частота вращения коленчатого вала двигателя (КВД) ДВС и его крутящий момент Ыкдв (/) .
Так, например, ММ, применяемая в тренажере вождения БТР-82А (индекс ТВК-59104-Д-Э) [3], представляет собой математическое описание упруго-фрикционных связей, возникающих при работе узлов и агрегатов БТР-82А. ММ БТР-82А состоит из следующих частных моделей:
модели силовой установки, включающая модель воздушной системы; модели трансмиссии; модели ходовой части [4].
В ходе анализа ММ, реализованной в ПО тренажера, выявлены следующие недостатки:
- используется упрощенная модель силовой установки, в основу которой заложена кусочно-линейная аппроксимация (КЛА) индикаторного коэффициента полезного действия. Необходимо отметить, что при КЛА расчет усложняется тем, что при переходе от одного участка прямой к другой, для дифференциального уравнения с новыми значениями коэффициентов начальные условия и постоянные интегрирования определяются вновь, а кривая в промежутке между двумя известными значениями заменяется отрезком прямой линии. В результате использования КЛА при моделировании физических процессов увеличивается погрешность моделирования, т.к. при дифференцировании возможно появление недопустимых значений переменных при переходе от одного линейного участка к другому;
- тормозной момент ДВС определяется как линейная зависимость, хотя момент носит явно квадратичную зависимость от частоты вращения КВД, вследствие трения между твердыми телами и жидкостью, тормозной момент ДВС от ротора передается к статору и стремится повернуть последний в направлении вращения;
- цикловая подача топлива определяется также при помощи КЛА, при этом не учитываются динамические характеристики всережимного регулятора;
- введено искусственное ограничение частоты вращения КВД.
С учетом недостатков, которые, безусловно, увеличивают погрешность моделирования, в целях обеспечения степени соответствия тренажера ТВК-59104-Д-Э БТР-82А, возникает необходимость совершенствования ММ БТР-82А, путем разработки компонентов ММ, оказывающих влияние на технический уровень исполнения ТВ и его обучающие возможности.
Исходя их этого усовершенствована ММ, описывающая процессы функционирования двигателя и трансмиссии БТР-82А, путем внедрения следующих компонентов [5]: модели всережимного регулятора, позволяющей более полно воспроизводить переходные процессы ДВС; компоненты модели системы питания топливом; компоненты модели системы пуска двигателя, реализующие воздушный, электрический и комбинированный пуск; компоненты модели системы электрооборудования, в том числе модели стартер-генератора, реле регулятора и АКБ; компоненты модели системы охлаждения ДВС и модель предпускового подогревателя; компоненты модели воздушной системы, реализующие работу компрессора и перепускного клапана; компоненты модели тормозной системы; компоненты модели сцепления, обеспечивающие передачу силового потока от ДВС к КП; компоненты модели КП, реализующей ступенчатую трансформацию частоты вращения КВД и момента, передаваемых через сцепление к РКП; компоненты модели РКП, обеспечивающей включение пониженной передачи, а также работу межосевых дифференциалов с блокировкой между 3-й и 4-й осью; компоненты модели межколесных дифференциалов каждой оси, обеспечивающих распределение крутящих моментов и частот вращения между колесами, а также их блокировку (рисунок).
Компоненты математической модели, описывающей процессы функционирования двигателя и трансмиссии БТР-82А
Основу разработанных компонентов ММ БТР-82А составляют дифференциальные уравнения, составленные с использованием уравнений аналитической механики на основе кинематического и динамического анализа конструкции БТР-82А. Определение характеристик объектов моделирования, таких как: расход топлива, перемещение рейки топливного насоса и т.д. осуществляется путем решения этих уравнений, как функций параметров их функционирования.
При моделировании компонентов имели место некоторые допущения и ограничения:
- объект БТТ не подвержен деформациям, возникающим при переезде через препятствия, ход подвесок не смещается относительно центра масс;
- радиус колес принимается равным нулю;
- не учитываются характеристики применяемого топлива, масла и охлаждающей жидкости.
Установлено, что реализация вышеперечисленных компонентов ММ, описывающей процессы функционирования двигателя и трансмиссии БТР-82А, в программное обеспечение ТВК-59104-Д-Э, позволит более достоверно отображать процессы функционирования ДВС, обеспечит реальные показания приборов, сигнальных лампочек и табло, а также переходные процессы, возникающие в трансмиссии БТР-82А, тем самым позволит повысить степень соответствия тренажера ТВК-59104-Д-Э БТР-82А. Использование усовершенствованного тренажера при проведении занятий, несомненно, повысит качество подготовки механиков-водителей БТР-82А, в ходе которой приобретаются первоначальные навыки вождения.
Список литературы
1. Курочкин С.А., Ларкин Е.В. Движение кабин наземных транспортных средств // XХI научная сессия, посвященная Дню радио. Тула: ТулГУ, 2003. С. 25.
2. Колосков Б.Б., Лискин В.М. и др. Эргономическое обоснование структурно-функциональной схемы тренажера вождения // Труды Международной научно-практической конференции. СПб.: Межрегиональная эргономическая ассоциация, 2014. С. 288.
3. Тренажер вождения БТР-82А и его модификаций динамический компьютерный ТВК-59104-Д-Э // Руководство по эксплуатации. Тула, ОАО «Тренажерные системы», 2015. С. 55.
4. Колосков Б.Б., Стариков Н.Е. К вопросу о построении математической модели движения объекта колесной бронетехники // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 6. С. 305 - 309.
5. Патент на полезную модель РФ № 157662 // Б.Б. Колосков и др. Устройство для моделирования движения колесной машины. МПК 009В 9/00. Опубликовано 10.12.2015. Бюлл. № 34.
Колосков Борис Борисович, нач. отдела разработки информационных технологий, koloskov hamail.ru, Россия, Тула, АО «Тренажерные системы»,
Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, starikov taiiamail. ru, Россия, Тула, тульский государственный университет
COMPONENTS OF A MA THEMA TICAL MODEL DESCRIBING THE PROCESSES
OF FUNCTIONING OF THE ENGINE AND TRANSMISSION THE BTR-82A
B.B. Koloskov, N.E. Starikov
Conducted an analysis of the mathematical model of motion used in the BTR-82A driving simulator, the shortcomings of this model are revealed, the components of the mathematical model describing the processes of the engine and transmission of the BTR-82A are proposed.
Key words: training, BTR-82A driving simulator, engine and transmission the BTR-82A, mathematical models.
Koloskov Boris Borisovich, head of department of development of information technologies, koloskov hiaimail.ru, Russia, Tula, JSC «Training systems»
Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, head of department, starikov taiiamail.ru, Russia, Tula, Tula State University
