АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ - 2003

МЕХАНИКА МЕХАНИЗМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ

Поезжаев О.Н., Петухов М.Ю.

Пермский государственный технический университет

В докладе представлен расчет кинематики и динамики механизма рулевого управления.

Эксплуатация автомобилей показывает, что хорошая поворотливость возможна, если выполняется ряд условий:

1.управляемые колеса автомобиля катятся без бокового скольжения;

2.рулевой привод обеспечивает правильное соотношение углов поворота управляемых колес;

3.компоновка автомобиля, подвеска и шины обеспечивают оптимальное соотношение между углами увода передних и задних мостов.

Алгоритм кинематики учитывает полюс поворота осей колес;

1.соотношение углов поворота управляемых колес, при котором обеспечивается их качение без скольжения углов наклона боковых рычагов трапеции;

2.отношение бокового рычага к длине поперечной тяги из условий компоновки автомобиля;

3.связь хода зубчатой рейки с углами поворота колес;

4.податливость рулевого управления;

5.угол между боковой гранью трапеции с боковой тягой на внутреннем и наружном колесе.

зависит то угла поворота рычага рулевой трапеции X. На первом шаге определения длины боковой тяги

ul и разности высот ее шарниров г = и 1 S1H. X угол X задается, чтобы с помощью длины г - рычага

рулевой трапеции можно было найти расстояние k = rsin X ^ важНое для определения мгновенного центра поворота колес.

Рулевой механизм и рулевой трезвенник расположены сзади оси автомобиля. Расчет рулевой трапеции выражен следующим уравнением:

а - и -rsinxcosS

Подбор параметров трапеции при жестких в боковом направлении управляемых колес начинается с определения угла Ф наклона боковых рычагов трапеции:

Ф = arctg([sin вв - sin#,, ]/[2 - (cos0Hcos9e)])

Отношение длины бокового рычага к длине поперечной тяги т / п —0,12. Длина m принимается возможно большей по условиям компоновки.

n = l 0 /(1 + 2т/пхсоьФ)

При движении автомобиля на повороте с высокими скоростями возникают инерционные силы, вследствие чего мосты автомобиля начинают двигаться с боковым уводом. Это приводит к тому, что векторы мгновенных скоростей центров мостов не перпендикулярны к осям, а отклоняются на углы

равные углам увода 8 , и 8 2. Вследствие этого мгновенный центр поворота перемещается.

Соотношения, связывающие ход зубчатой рейки с углами поворота колес 8 , и 8 а имеют вид:

s —а + к cos cr0 sin{8а - Я) - ^ и 20 - [г cosа 0 cos(8а - Я) ± b]2 - [с - г sin а 0[sin Я + sin(£a - Я)]*

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ

, . J

Поезжаева Е.В., Петухов М.Ю.

Пермский государственный технический университет

Разработка эффективных режимов управления роботом РМ -0 1 представляет актуальную задачу. Важным критерием работы манипуляторов является быстрота выполнения заданных операций. Задавалась программа движения выходного звена механизма.

Одной из важных особенностей обратной задачи динамики является то, что решение для управляющих сил находится обычно в форме зависимости от состояния системы, т.е. от обобщенных координат и от их производных, в отличие от известной первой задачи динамики, когда силы определяются в функции времени.

Определение управляющих сил в функции состояния системы позволяет организовать управление с использованием сигналов датчиков состояния в режиме обратной связи.

Для построения динамической модели манипулятора используется принцип Доломбера: начинается с шарнира номером п, фиктивно разрывается кинематическая цепь и рассматривается равновесие отсеченной свободной части манипулятора и движущего момента в шарнире под действием сил инерции

F1u , сил тяжести G1, обобщенной силы в шарнире Mi, Составляется сумма моментов для шарнира с номерами п, п-1, 1; получаем систему п уравнений, линейных относительно вторых производных обобщенных координат:

£ « 7 + м ф , ■) + щ (F;■ ) + м , = о

Ы1

Рассмотренный метод формирования уравнений динамики манипулятора при моделировании представлен в виде схемы алгоритма.

Расчеты по описанному алгоритму показали следующее. Если ввести сильные ограничения на скорость и ускорение одной обобщенной координаты qi и слабые ограничения по прочим обобщенным

Если ужесточить ограничения на скорость и ускорения по прочим обобщенным координатам, то характер оптимального движения усложниться. Например был получен такой закон: разгон с

предельным для q3 ускорением ^ 1ШХ Движение с предельной для ql скоростью qlmax гашение

скорости с предельным замедлением ^ imax

Оптимальные законы движения компонуются из интервалов, на каждом из которых одно из

ограничений (на q . mu q { ) для какой-то одной из обобщенных координат становится действующим. Рассмотрена математическая модель кинематики и динамики движения манипуляционного

механизма, а также принципы и методы построения алгоритмов управления, реализующие заданные движения. Целесообразно использовать такой режим управления при оптимальном типе конфигурации манипулятора, чтобы обеспечить максимально высокое быстродействие.