3.3 Система управления роботом

Система управления роботом генерирует управляющие сигналы для двигателей на основе заданных эксплуатационных циклов вождения. Цикл вождения — это последовательность точек данных, представляющих зависимость скорости транспортного средства от времени, и включают в себя движение по прямой с различной скоростью, частые ускорение и торможение. Циклы вождения разрабатываются различными странами и организациями для оценки характеристик транспортных средств по разным параметрам, например, по расходу топлива, автономности электромобилей и выбросам загрязняющих веществ. Разрабатываемый робот предназначен для исследования тяговых аккумуляторных батарей, аналогичных используемым в электромобилях, и, как следствие, имеет смысл исследовать характеристики ТАБ в условиях эксплуатации как у электромобилей.

Наиболее популярным на данный момент является цикл WLTP, который был принят Комитетом по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) в качестве дополнения № 15 к Глобальному реестру (Глобальным техническим правилам), определенному Соглашением 1998 года. Стандарт принят Китаем, Японией, США и Европейским союзом, а также другими странами. Он призван заменить предыдущий региональный Новый европейский цикл вождения (NEDC) в качестве новой европейской процедуры сертификации транспортных средств. Новый стандарт был разработан таким образом, чтобы лучше соответствовать реальным и современным условиям вождения. Для достижения этой цели WLTP длится на 10 минут дольше, чем NEDC а его профиль скорости более динамичен и состоит из более быстрых ускорений с последующим коротким торможением. Кроме того, средняя и максимальная скорости были увеличены до 46,5 км/ч и 131,3 км/ч соответственно. Пройденное расстояние составляет 23,25 км (более чем в два раза больше 11 километров NEDC). Цикл WLTP разделён на 4 части, каждая из которых имеет свою максимальную скорость: Низкий - до 56,5 км/ч; Средний - до 76,6 км/ч; Высокоскоростной - до 97,4 км/ч; Сверхвысокоскоростной - до 131,3 км/ч.

Эти этапы вождения имитируют городские, пригородные, сельские и автомагистральные сценарии соответственно, с равным распределением городских и загородных маршрутов (52% и 48%).

На рисунке 12 изображены циклы вождения NEDC и WLTP class 3.

Скорость, км/ч

Время, с

Рисунок 12 – Различие между ездовыми циклами NEDC и WELP class 3

В Matlab Simulink ездовые циклы движения задаются с помощью блока Drive Cycle Source, который генерирует стандартный или заданный пользователем ездовой цикл. Однако, в состав пакета Matlab входит только цикл FTP75, изображенный на рисунке 13, как наиболее популярный на территории США, что не является проблемой, так как оба этих цикла близки по смыслу.

Скорость, м/с

Время, с

Рисунок 13 – Цикл вождения FTP75, реализованный в блоке Drive Cycle Source в Matlab Simulink

3.4 Реализация модели в Matlab

На рисунках 14-19 приведена реализация цифровой модели робота в Matlab Simulink.

Рисунок 14 – Модель ячейки тяговой аккумуляторной батареи Шеферда

Рисунок 15 – Модель электродвигателя, питаемого бортовой батареей

Рисунок 16 – Модель динамики корпуса робота

Рисунок 17 – Модель вычисления скорости ведомых колес

Рисунок 18 – Модель вычисления скорости ведущих колес в соответствии с заданной скоростью по циклу движения

Рисунок 19 – Модель вычисления коэффициентов скольжения, горизонтальных реакций и вывод графиков движения.