Стійкість та автоколивання електронної замкненої системи стабілізації курсу автомобіля з цистерною

Abstract

Для опису збуреного руху автомобіля з цистерною складено математичну модель, яка дозволяє врахувати коливання вільної поверхні рідини та визначити їх вплив на курсову стійкість автомобіля при сталому русі та під час термінового гальмування. Виконано лінеаризацію моделі і отримано рівняння для власних частот коливань електрогідромеханічної системи, що об’єднує динамічні зміни параметрів руху автомобіля з цистерною, парціальних прошарків рідини у цистерні та роботу електромагнітного приводу керуючого клапана і електронного ПІД-регулятора для двоконтурної системи курсової стійкості. На основі лінеарізованої моделі збуреного руху автомобіля, оснащеного системою курсової стійкості, досліджується вплив вимушених коливань рідини на область стійкості, побудовану в площині варійованих параметрів регулятора. Показано, що низькочастотні коливання вільної поверхні рідини призводять до суттєвого скорочення області стійкості замкненої системи курсової стабільності автомобіля, що свідчить про необхідність врахування коливань при вирішенні задач аналізу і синтезу системи. Встановлено, що для автомобіля з цистерною, де відбуваються низькочастотні поперечні коливання рідини, які супроводжуються перерозподілом маси і збурюють рух, збільшення курсової швидкості однозначно призводить до погіршення курсової стійкості. Ця обставина дозволила виключити цю швидкість із числа варійованих параметрів і суттєво спростити задачу. З’ясовано, що рівень рідини в цистерні, з урахуванням його зв’язку з максимальною швидкістю руху, оказує неоднозначний вплив на курсову стійкість автомобіля, і обмежувати дослідження лише розрахунками для випадку 50 % навантаження неприпустимо. Замість цього традиційного спрощення треба знаходити лінію, яка огинає зверху ті межі, що відповідають багатьом рівням рідини із діапазону їх зміни. Показано, що динаміка термінового гальмування слабо залежить від в’язкості рідини у цистерні, але при довгостроковій безперервній роботі системи керування гальмами виникають автоколивання. Запропоновано метод настроювання параметрів електронного регулятора на забезпечення автоколивань малої амплітуди.

To describe the disturbed movement of a car with a tank, a discrete mathematical model has been compiled, which allows one to take into account the oscillations of the free surface of the liquid and determine their effect on the directional stability of the car during uniform movement and during emergency braking. Linearization is carried out and an equation is obtained for the natural frequencies of oscillations of the electrohydromechanical system, which combines dynamic changes in the parameters of the movement of a car with a tank, partial layers of liquid in a tank and the operation of an electromagnetic drive of the control valve and an electronic PID controller for a two-circuit scheme to ensure directional stability. It is shown that low-frequency oscillations of the free surface of liquid lead to a significant reduction in the stability region, which indicates the need to take such oscillations into account when solving problems of analysis and synthesis of this system. It has been established that for a car with a tank, where low-frequency transverse oscillations of the liquid occur, which are accompanied by redistribution of mass and disturb the movement, an increase in the speed unambiguously leads to a deterioration in road-holding ability. This made it possible to exclude the speed from the variable parameters and significantly simplify the task. It was found that the liquid level in the tank, taking into account its connection with the maximum speed, has an ambiguous effect on the road-holding ability of the vehicle, and it is unacceptable to limit the research to calculations for 50 % of the load. Instead of this traditional simplification, it is necessary to find a line that bends from above those stability boundaries that correspond to many liquid levels from the entire range of their variation. It is shown that the dynamics of emergency braking weakly depends on the viscosity of the liquid in the tank, but with long-term continuous operation of the brake control system, self-oscillations appear in it. A method for tuning the parameters of an electronic regulator for low-amplitude self-oscillations is proposed.