ФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ РУХОМ ВІЙСЬКОВОГО АВТОМОБІЛЯ

DOI: https://doi.org/10.37129/2313-7509.2024.22.14

УДК 355.722

І.Ю. Злепко https://orcid.org/0009-0002-2582-0083

О.В. Лисий, канд. техн. наук, доц. https://orcid.org/0000-0002-7389-1161

В.П. Ларшин, докт. техн. наук, проф. https://orcid.org/0000-0001-7536-3859

В.А. Нікішин https://orcid.org/0000-0003-2737-403X

С.М. Верпівський https://orcid.org/0000-0002-1610-4707

Військова академія (м. Одеса), Україна

ФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ РУХОМ ВІЙСЬКОВОГО АВТОМОБІЛЯ

Фізичне моделювання автомобілів, що виконується на стендах і тренажерах, належить до ефективних методів вивчення та покращення будови та роботи цих автомобілів, з'ясування переваг та недоліків їх конструкцій, особливостей роботи в нормальних та екстремальних умовах. На основі аналізу існуючих конструкцій нових зразків військової автомобільної техніки встановлено функціональні вузли військових автомобілів, що повторюються, і їх взаємний вплив з точки зору основних функцій автомобіля. Встановлено мінімальну кількість елементів, що входять до складу автоматизованої системи керування рухом автомобіля типової конструкції: рульовий механізм, підвіска та гальмівна система. Виконано аналіз цих елементів з точки зору їх конструкції та фізичного розташування на автомобілях різних виробників, з одного боку, та з точки зору автоматизованої системи управління рухом автомобіля на дорозі, з іншого боку. У зв'язку з цим проаналізовано: типову конструкцію незалежної підвіски, автоматизовану систему управління рульовим механізмом на основі датчика крутного моменту на рульовому валу, гальмівну систему з відповідним датчиком АБС. На основі результатів проведеного аналізу елементів автоматизованої системи керування рухом автомобіля розроблено та виготовлено конструкцію стенду, яка використовується при дослідженні роботи зазначених елементів. В ході дослідження виявлено конструктивні переваги та недоліки, що дає змогу надавати пропозиції по їх усуненню шляхом змінювання конструктивного виконання елементів автомобіля. Наприклад, запропоновано додатковий механізм усунення люфта зубчатої рейки рульового механізму, розроблено пропозиції з удосконалення електропідсилювача керма.

Ключові слова: військова автомобільна техніка, система керування рухом, механізм керування, фізична модель автомобіля, рульове керування, рульовий вал, підвіска, гальмівна система, елементи Холла.

Постановка проблеми

Сучасні військові автомобілі є складними технічними системами, що включають безліч вузлів і механізмів, що забезпечують їх керованість, стійкість і безпеку. Питання вивчення конструкції та роботи таких систем особливо актуальне в галузі професійної освіти, підготовки інженерів, курсантів військових навчальних закладів та технічних фахівців, у тому числі фахівців з військової автомобільної техніки. У зв'язку з цим розробка фізичних моделей-стендів (тренажерів), що імітують реальні вузли автомобіля та їх роботу, стає важливим завданням для освітніх установ та дослідницьких лабораторій.

Вибрані для моделювання вузли автомобіля – рульовий механізм, підвіска і гальмівна система - об'єднані в "єдину систему керування рухом", яка відповідає за безпеку та стійкість автомобіля. Ці вузли функціонально взаємопов'язані: рульовий механізм визначає траєкторію руху, підвіска, як елемент ходової частини, впливає на стійкість автомобіля і комфорт, а гальмівна система забезпечує контроль над швидкістю і можливість екстреної зупинки. Їхня взаємодія особливо важлива для роботи електропідсилювача керма, який використовує дані від різних датчиків для адаптації характеристик кермового управління залежно від умов руху.

Однією з ключових проблем в області знань, що розглядається, є нестача фізичних моделей, що дозволяють наочно продемонструвати роботу вказаних функціональних систем (рульовий механізм, підвіска, гальма) у єдиному комплексі. Питання, пов'язані з вивченням впливу різних параметрів на керованість автомобіля, роботу систем активної безпеки, а також взаємодію рульового керування, підвіски та гальмівної системи, потребують глибокого експериментального опрацювання. Створення навчального стенду на базі функціональних вузлів реального автомобіля CHERY TIGGO 7 дозволить не лише вивчити конструктивні особливості зазначених вузлів, а й дослідити їхній взаємозв'язок, що особливо важливо для діагностики несправностей та вдосконалення сучасних систем керування автомобілем. Дане дослідження присвячене створенню спеціалізованого навчального стенду на основі легкового автомобіля CHERY TIGGO 7. На відміну від математичних моделей, що описують динаміку автомобіля через системи рівнянь, пропонований стенд реалізує фізичну модель автомобіля, що включає найважливіші вузли автомобіля: рульовий механізм, підвіску та гальмівну систему. Даний підхід до створення фізичної моделі автомобіля на основі вказаних вузлів дозволяє вивчати не тільки конструкцію вузлів, а й їхнє реальне функціонування у складі автомобіля.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

У наукових іноземних публікаціях значна увага приділяється розробці автомобільних симуляторів та віртуальних моделей для дослідження транспортних засобів. З цього питання можна виділити наступні напрямки: 1) віртуальні симулятори для тестування автономних автомобілів; 2) симулятори для аналізу безпеки руху; 3) поєднання віртуальних і фізичних прототипів у розробці автомобілів. За останнім напрямом у видавництві Springer велика увага надається таким питанням як: 1) інтеграція віртуальних і фізичних прототипів в автомобільному дизайні; 2) віртуальне та фізичне прототипування в автомобільній техніці; 3) поєднання віртуальної реальності та фізичних моделей у випробуваннях автомобілів: 4) гібридні підходи до створення прототипів транспортних засобів.

Огляд наукових статей показує, що переважна більшість сучасних досліджень фокусується на математичних моделях та програмних симуляторах. Наприклад, аналізуються цифрові прототипи і віртуальні тренажери, які використовуються для випробувань автономних транспортних засобів, моделювання руху та аналізу поведінки водія [1]. Дається огляд різних симуляторів для тестування автономних автомобілів, включаючи фізичні та віртуальні моделі, однак фізичні моделі розглянуті не достатньо.

Аналіз існуючих тренажерів та їх придатності для різних сценаріїв тестування також не залучає фізичні моделі [2]. Дослідження різних симуляторів, що використовуються для тестування систем автономного водіння надаються в статті [3]. Проте фізичні стенди для вивчення автомобільних систем, зокрема рульового керування, підвіски та гальмівної системи, майже не розглядаються. Аналогічні висновки випливають із аналізу статей в яких дається огляд систем, алгоритмів та методологій, що використовуються в динамічних симуляторах руху транспортних засобів [4] і наводяться дослідження технологій, що застосовуються в автомобільних симуляторах, включаючи їх застосування у тестуванні та навчанні [5]. Особливості будови підвіски МакФерсона відомі [6], однак відсутні рекомендації по усуненню деяких недоліків. Вплив показників стійкості автомобіля на його керованість розглянуто у роботі [7], однак не наведено рекомендацій по покращенню конструкції підвіски щодо кутів розвалу коліс при динамічному навантаженні підвіски.

Огляд наукових статей показує, що переважна більшість сучасних досліджень фокусується на математичних моделях та програмних симуляторах. Проте фізичні стенди для вивчення автомобільних систем, зокрема рульового керування, підвіски та гальмівної системи, майже не розглядаються. Таким чином, існує науковий розрив у розробці фізичних стендів для навчальних та дослідницьких цілей, що робить створення стенду, який поєднує рульову систему, підвіску і гальмівну систему актуальним напрямом роботи для експериментального дослідження системи керування рухом військового автомобіля.

Висновок із огляду літератури

Аналіз публікацій на тему статті показує відсутність відповідних розробок за фізичними моделями, стендами і тренажерами для вивчення військової автомобільної техніки. У зв'язку з цим актуальна розробка стенду – фізичної моделі – у якому поєднується рульовий механізм, підвіска та гальмівна система автомобіля.

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми

Для зменшення габаритів стенд був виготовлений на базі модельного ряду автомобілів «CHERY». За основу був взятий механізм керування у зборі з автомобіля CHERY TIGGO 7, випуск якого почався з 2018 року. Саме на цьому механізмі використовується електричний підсилювач керма. Телескопічні стійкі та головний гальмівний циліндр також взяті з CHERY TIGGO 7. Поворотні кулаки, гальмівний диск, супорт, поперечні важелі, стабілізатор поперечної рівноваги, кермо взяті з автомобіля CHERY AMULET. Стенд дає можливість курсанту вивчати будову механізмів, спостерігати за роботою та взаємодією механізмів, робити регулювання кутів нахилу та сходження коліс, також регулювати зазор між шестернею та рейкою рульового механізму.

Будова незалежної підвіски. Підвіска МакФерсона (McPherson) – це одна з найпоширеніших схем незалежної передньої підвіски легкових автомобілів (рис. 1).

Рисунок 1 – Будова незалежної підвіски МакФерсона [6]

Амортизаційна стійка, поєднує функції амортизатора та направляючого елемента. Гвинтова пружина, встановлена навколо амортизатора для поглинання коливань. Верхня опора (опорний підшипник), з’єднує стійку з кузовом і дозволяє їй обертатися. Нижній важіль забезпечує поперечну стійкість автомобіля та з’єднується з поворотним кулаком. Кульова опора служить для шарнірного з’єднання важеля та поворотного кулака. Стабілізатор поперечної стійкості (при наявності), зменшує крени кузова автомобіля на поворотах.

Особливості підвіски МакФерсона наступні. 1) компактність, тобто займає менше місця в підкапотному просторі порівняно з багатоважільною підвіскою; 2) дозволяє використовувати поперечно розташовані двигуни; 3) простота та дешевизна, тобто менша кількість деталей у порівнянні з подвійними поперечними важелями; 4) зменшена маса підвіски сприяє зниженню витрати пального; 5) хороша керованість та комфорт, тобто забезпечує ефективне гасіння коливань при русі нерівною дорогою і дає змогу досягти достатньої курсової стійкості. Основною особливістю конструкції підвіски є використання телескопічного механізму – пружини та амортизатору, на якому вона конструктивно розташована. Верхня частина приєднується до кузова, або рами автомобіля, нижня – до важеля, який закріплений на рамі, або балці автомобіля. Сам амортизатор повертається на певний кут відповідно своєї осі. Конструкція телескопічного механізму получила назву «мерехтлива свічка». Однак є також недоліки підвіски: 1) менша жорсткість конструкції порівняно з багатоважільною підвіскою; 2) зміна розвалу коліс при вертикальних переміщеннях; 3) передає більше вібрацій на кузов, оскільки стійка виконує роль направляючого елемента.

Ця підвіска була названа іменем американського інженера з фірми «Форд» Ерла Стилі МакФерсона, який розробив її у другій половині сорокових років, будучи співробітником корпорації General Motors та працюючи над проектом бюджетного автомобіля Chevrolet Cadet. Згодом вперше конструкція застосувалася на автомобілі Ford Vedet. Широке розповсюдження підвіска получила у кінці 70 х та на початку 80 х років та застосовувалась, як для переднє привідних, так і заднє привідних автомобілів. Таку конструкцію було отримано шляхом трансформації підвіски з двома поперечними важелями. Забравши з конструкції один з важелів, конструктор намагався максимально спростити та здешевити технічне обслуговування. В сучасних автомобілях використовується практично на переважній кількості брендів. В якості пружного елементу може використовуватися торсіон, або пневматична подушка. Дана конструкція може використовуватися, як на передній, так і на задній осі автомобіля.

Таким чином, одним з важливих елементів конструкції підвіски є стабілізатор поперечної стійкості, або стабілізатор підвіски, який призначений для збільшення її поперечно-кутової жорсткості за умов збереження вертикальної жорсткості

Наступним етапом розвитку підвіски на подвійних поперечних важелях стала багатоважільна підвіска (multi-link), яка дозволяє підрулювання задніх коліс під час входу у повороти, що дуже добре впливає на керованість транспортного засобу.

Основні функції незалежної підвіски

Підвіска автомобіля являє собою сукупність деталей, вузлів та механізмів, яка виконує роль з’єднувального елемента між кузовом автомобіля та колесами та входить до складу шасі. При цьому забезпечує відносний рух між ними, необхідний для зменшення динамічних навантажень, що виникають під час переміщення автомобіля по дорожньому покриттю.

Незалежна підвіска – вид підвіски автомобіля, за якого колеса мають різну кінематику, оскільки з’єднані з кузовом окремими наборами тяг або важелів. Між собою колеса тільки пов’язані за допомогою стабілізатора поперечної стійкості . При наїзді на нерівність дорожнього покриття одне з коліс змінює своє положення не змінюючи при цьому положення іншого колеса. Такий тип підвіски відрізняється набагато кращими динамічними характеристиками у порівнянні із залежною підвіскою.

Головною функціональною задачею підвіски є її здатність гасити коливання, що виникають під час руху автомобіля. Результатом зменшення коливань є підвищення комфорту водія (пасажира), а також підвищення керованості транспортного засобу, зменшення динамічних навантажень на кузов, або раму автомобіля.

Основні функції підвіски: 1) передача на колеса всіх сил та моментів при взаємодії їх з дорожнім покриттям при русі автомобіля; 2) забезпечення необхідного характеру роботи кінематичної схеми поворотного механізму (елементи коліс відносно кузова, або рами; 3) фізичне з’єднання коліс з несучою системою.

Відповідно до призначення, елементи підвіски можна класифікувати на декілька груп: 1) пружні елементи (торсіони, ресори, пружини, пневмоподушки); 2) опори колеса – поворотні кулаки (на передній осі), які сприймають навантаження від колеса та передають його на інші частини підвіски; 3) напрямні елементи – елементи підвіски в вигляді поперечних та поздовжніх важелів, які з’єднують підвіску з несучою системою; 4) амортизатори – агрегати, що мають пневматичну, гідравлічну, або гідропневматичну будову і призначені для поглинання коливань несучої системи, отриманих від пружних елементів; 5) елементи кріплення деталей, вузлів і агрегатів підвіски – це засоби з’єднання елементів підвіски між собою та несучою системою: жорсткі болтові з’єднання, сферичні шарніри, сайлентблоки.

Підвіска МакФерсона найбільш поширена в зв’язку з поєднанням порівняної дешевизни та технологічності з хорошими кінематичними параметрами. Основними характеристиками незалежної підвіски МакФерсона є: 1) висока керованість; 2) менша надійність, в порівнянні з залежною підвіскою; 3) стійкість автомобіля при високих швидкостях; 4) підвищена комфортабельність автомобіля при експлуатації; 5) висока собівартість виготовлення та обслуговування; 6) зменшена непідресорена маса (у порівнянні з залежною підвіскою); 7) кінематика одного колеса не впливає на рух іншого; 8) широкий діапазон налаштувань підвіски (регулювання жорсткості амортизаційних стойок); 9) наявність динамічного розвалу і сходження; 10) покращена ізоляція від шумів та вібрацій, що викликаються дорогою; 11) зміна параметрів підвіски при стисненні і відбої.

Будова електричного підсилювача керма. Місце електричного підсилювача керма (ЕПК) видно зі схеми на рис. 2. Цей підсилювач – частина відповідальної системи керування: електронний блок керування рульовим механізмом (ЕБК РМ) – електромотор – сервопривід.

Рисунок 2 – Блок-схема системи керування рульовим механізмом

Датчик крутного моменту, розташований під кермовим колесом (рис. 3), вимірює зусилля, що прикладається водієм до керма, і передає цю інформацію в систему електричного підсилювача керма.

1 – верхня частина рульового валу; 2 – магнітні елементи; 3 – реєструючи елементи; 4 – нижня частина рульового валу; 5 – торсійний вал; 6, 7 – рухомий та нерухомий диски, відповідно.

Рисунок 3 – Датчик крутного моменту на рульовому валу (а) його структурна схема (б)

Нерухома частина датчика крутного моменту закріплена на корпусі кермової колонки, а рухома частина (втулка) обертається разом із кермовим валом (рис. 3). Холлівські елементи (сенсори) – розміщені таким чином, щоб реагувати на зміну величини і напрямку магнітного поля під час обертання рухомої частини.

Коли водій повертає кермо, рульовий вал передає крутний момент на рухливу втулку датчика. Між нерухомою та рухомою частинами датчика створюється невелике кутове зміщення (різниця кутів повороту кінців торсійного валу). Втулка містить магніти, а нерухома частина – елементи Холла, які реєструють зміну величини і знаку магнітного поля. Напруга на виході елементів Холла змінюється пропорційно крутному моменту, що передається через кермовий вал. Цей сигнал передається до блоку управління ЕПК для визначення необхідного рівня допомоги в повороті керма.

Вихідний сигнал датчика є аналоговим сигналом напруги або цифровим сигналом у разі використання модуля A/D-перетворення наступний. Рівень вихідної напруги – в межах 0,5 – 4,5, де: 2,5 В – нейтральне положення (без зусилля на кермі); 0-2,5 В і 2,5- 5,0 В інтервали вихідного сигналу датчика для крутного моменту ліворуч і праворуч, відповідно. У деяких системах вихідний сигнал передається у вигляді струмового сигналу (наприклад, 4-20 мА). Деякі датчики можуть передавати дані через CAN-шину у цифровому вигляді.

Формування керуючого сигналу для електродвигуна відбувається наступним чином. При слабкому зусиллі на кермі – малий струм на двигун ЕПК. При сильному повороті збільшення струму на мотор і створення більшого допоміжного зусилля. Додаткове зусилля від електродвигуна залежить також від фактичної швидкості автомобіля: датчик кута повороту рульового колеса і датчик швидкості автомобіля коригують роботу ЕПК залежно від умов руху.

Типова електрична схема між датчиком моменту та ЕПК включає: 1) датчик моменту (на основі Холла), який подає аналоговий або цифровий сигнал в блок управління; 2) блок управління ЕПК, який аналізує сигнал, використовуючи вбудований мікроконтролер; 3) силовий модуль (MOSFET або IGBT-міст) – керує подачею струму на електродвигун ЕПК; 4) зворотний зв'язок від датчика кута повороту та датчиків швидкості автомобіля – коригує роботу підсилювача; 5) джерело живлення (12 В або 48 В у деяких моделях) – живить систему ЕПК.

Постановка завдання

З урахуванням зазначеного можливо прийти до висновку, що створення фізичної моделі системи керування рухом автомобіля з подальшим її дослідженням є актуальнім завданням з точки зору покращення експлуатаційних властивостей військової автомобільної техніки.

Виклад основного матеріалу дослідження

Загальний вигляд стенду і його основних елементів показано на рисунках 4-7. Стенд виконаний на основі прямокутного металевого каркасу (рис. 4), форма якого забезпечує необхідне взаємне розташування основних конструктивних елементів автомобіля.

1 – кермо; 2 – сервопривід електропідсилювача керма; 3 – механізм рульовий; 4 – важіль; 5 – стабілізатор; 6 – кронштейн кріплення стабілізатора; 7 – сайлентблок важеля; 8 – опора стойки; 9 – чаша верхня; 10 – чаша нижня; 11 – пружина; 12 – маточина; 13 – тяга; 14 – шарова опора; 15 – кулак поворотний; 16 – диск гальмівний; 17 – стійка; 18 – головний гальмівний циліндр.

Рисунок 4 – Зовнішній вигляд стенду (фізичної моделі) автомобіля, який включає рульовий механізм, підвіску і гальмівну систему: вид збоку (а) і зверху (б)

Конструктивні елементи рульового та інших механізмів (рис. 5-7) мають вирізи у відповідних корпусних деталях, щоб забезпечити можливість візуального спостереження за їх роботою.

1 – шестерня; 2 – рейка; 3 – пильник; 4 – корпус; 5 – хомут; 6 – кожух; 7 – вал.

Рисунок 5 – Сервопривід підсилювача керма (а) і рульовий механізм (б)

Нумерація на сусідніх рисунках (правому та лівому) виконана послідовною (рис. 6, рис. 7), щоб полегшити розуміння роботи відповідних механізмів.

1 – диск системи ABS ; 2 – датчик ABS; 3 – тяга рульова (регулювання сходження коліс); 4 – болти кріплення поворотного кулака (регулювання розвалу коліс); 5 – поворотний кулак; 6 – маточина; 7 – пильник; 8 – корпус головного гальмівного циліндра; 9 – пружина; 10 – манжет; 11 – поршень; 12 – манжет; 13 – корпус вакуумного підсилювача; 14 – пружина; 15 – шток; 16 – діафрагма; 17 – кронштейн; 18 – бачок; 19 – шпильки кріплення.

Рисунок 6 – Механізм регулювання розвалу та сходження коліс (а) і головний гальмівний циліндр з вакуумним підсилювачем (б)

Робота рульового сервоприводу забезпечується безщітковим електродвигуном 5 (рис. 7), який включає ротор 6 та статор 7. Частота обертання валу електродвигуна 5 зменшується до необхідної частоти обертання рульового валу 10 за рахунок використання черв’ячного редуктора (позиції 9 та 11). Черв’як конструктивно виконаний таким чином, що кут нахилу його витків дозволяє водію повертати рульовий вал при виході з ладу сервоприводу.

1 - корпус редуктора; 2 - черв’як; 3 - зубчата шестерня; 4 - вал карданний; 5 - синхронний електродвигун; 6 – ротор; 7 – статор; 8 - датчик положення; 9 - зубчате колесо; 10 - вал рульового колеса; 11 - черв’як; 12 - муфта.

Рисунок 7 – Сервопривід електропідсилювача керма (а) та його структурна схема (б)

Склад та робота механізмів стенду зрозуміла з наведених вище малюнків 5-7, що полегшує проведення відповідних експериментальних досліджень щодо визначення кінематичних та силових передавальних відносин.

Висновки і перспективи подальших досліджень

Описано функції (і класифікація елементів) незалежної підвіски МакФерсона, встановлено її переваги і недоліки.

Використання описаного стенду для вивчення автомобіля надає низку наступних переваг.

1. Наочність роботи механізмів: стенд дозволяє спостерігати роботу окремих систем та агрегатів у динаміці, що сприяє глибшому розумінню принципів їх функціонування.

2. Легкість вивчення конструктивного виконання: завдяки спеціально виконаним вирізам на корпусах і кожухах механізмів, можна ознайомитися безпосередньо з внутрішньою будовою агрегатів, оцінити особливості складання та конструктивні рішення, що спрощує процес навчання та аналізу.

3. Можливість проведення експериментальних досліджень: стенд надає платформу для практичних експериментів, що дозволяють визначати кінематичні та силові передавальні відносини механізмів. Це дає можливість: вивчати вплив люфтів на роботу механізмів; аналізувати розподіл навантажень та ефективність передачі зусиль; проводити порівняльні дослідження різних режимів роботи тощо.

4. Розробка рекомендацій щодо вдосконалення конструкції: результати експериментів, отримані на стенді, сприяють виявленню слабких місць у конструкції автомобіля. Це дозволяє розробляти пропозиції щодо оптимізації та модернізації конструктивних рішень, підвищуючи надійність та ефективність роботи агрегатів.

5. Економічна ефективність: проведення досліджень на стенді потребує порівняно невеликих фінансових витрат у порівнянні з повномасштабними польовими випробуваннями. Це робить метод доступним як для освітніх закладів, так і для дослідних лабораторій.

6. Безпека та контроль: використання стенду дозволяє проводити випробування у контрольованих умовах, знижуючи ризики, пов'язані з тестуванням у реальних експлуатаційних умовах, та забезпечуючи безпеку як для дослідників, так і для обладнання.

7. Створений стенд може послужити основою для розробки оптимальних алгоритмів керування та відповідного математичного забезпечення для багатовимірної ієрархічної (дворівневої) системи автоматичного керування рухом автомобіля, у тому числі з елементами штучного інтелекту.

У сукупності ці переваги роблять стенд незамінним інструментом для навчання, діагностики та вдосконалення конструкції автомобіля.

При аналізі роботи конструкції стенду виявлено наступні недоліки.

1. Підвищений знос корпусу рульового механізму за рахунок динамічних навантажень при експлуатації автомобіля особливо в умовах бездоріжжя.

2. Підвищений знос шестерень датчику кута повороту рульового валу за рахунок виготовлення їх з пластику.

Розроблено рекомендації з усунення вказаних недоліків.

Список бібліографічних посилань

1. Kaur P., Taghavi S., Tian Z., Shi W. A survey on simulators for testing self-driving cars 2021: Fourth international conference on connected and autonomous driving (MetroCAD), Detroit, MI, USA, 2021. P. 62-70, DOI: 10.1109/MetroCAD51599.2021.00018. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9499331

2. Nalawade V. R., Kumar M., Bhandari A. S., T. Sharma. Comparison of simulators based on scenario-based testing of autonomous vehicles 2022: International conference on smart generation computing, communication and networking (SMART GENCON), Bangalore, India, 2022. P. 1-5, DOI: 10.1109/SMARTGENCON56628.2022.10084131. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10084131

3. Zhou J., Zhang Y., Guo S., Guo Y., A survey on autonomous driving system simulators 2022 IEEE International Symposium on Software Reliability Engineering Workshops (ISSREW), Charlotte, NC, USA, 2022. P. 301-306, DOI: 10.1109/ISSREW55968.2022.00084. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9985152

4. Ghafarian M., Watson M., Mohajer N., Nahavandi D., Kebria P. M., Mohamed S. A review of dynamic vehicular motion simulators: systems and algorithms 2023: in IEEE Access, vol. 11, 2023. P. 36331-36348, DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3265999. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10100621

5 Bruck L., Haycock B., Emadi A. A review of driving simulation technology and applications 2021: in IEEE open journal of vehicular technology, vol. 2, 2021. P. 1-16, doi: 10.1109/OJVT.2020.3036582.

URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9250565

6. Reimpell Jornsen, Stoll Helmut, Betzler Jurgen W. The automotive chassis: engineering principles. 2nd ed. Frimley : SAE International, 2001. 444 p.

URL: https://landrover.narod.ru/Mechanical_Engineering-SAE-The_Automotive_Chassis_.pdf

7. Біліченко В. В., Добровольський О. Л., Огневий В. О., Смирнов Є. В. Автомобілі. Теорія експлуатаційних властивостей : навч. посіб. Вінниця : ВНТУ, 2017. 163 с.

URL: https://ir.lib.vntu.edu.ua/bitstream/handle/123456789/33877/51911.pdf?sequence=2&isAllowed=y

References

5 Bruck L., Haycock B., Emadi A. A review of driving simulation technology and applications 2021: in IEEE open journal of vehicular technology, vol. 2, 2021. P. 1-16, DOI: 10.1109/OJVT.2020.3036582.

URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9250565

6. Reimpell Jornsen, Stoll Helmut, Betzler Jurgen W. The automotive chassis: engineering principles. 2nd ed. Frimley : SAE International, 2001. 444 p.

URL: https://landrover.narod.ru/Mechanical_Engineering-SAE-The_Automotive_Chassis_.pdf

7. Bilichenko V. V., Dobrovolskyi O. L., Ohnevyi V. O., Smyrnov Ye. V. Avtomobili. Teoriia ekspluatatsiinykh vlastyvostei : navch. posib. Vinnytsia : VNTU, 2017. 163 s.

URL: https://ir.lib.vntu.edu.ua/bitstream/handle/123456789/33877/51911.pdf?sequence=2&isAllowed=y

Стаття надійшла до редакції 12.12.2024.

PHYSICAL MODELING OF THE OF THE MILITARY VEHICLE MOTION CONTROL SYSTEM

I. Zlepko, O. Lysyi, V. Larshin, V. Nikishyn, S. Verpivskyi

Physical modeling of cars, performed on stands and simulators, is one of the effective methods for studying and improving the structure and operation of these cars, identifying the advantages and disadvantages of their designs, and the features of operation in normal and extreme conditions. Based on the analysis of existing designs of new models of military automotive equipment, the functional units of military cars that are repeated and their mutual influence from the point of view of the main functions of the car have been established. The minimum number of elements included in the automated vehicle movement control system of a typical design has been established: steering mechanism, suspension and brake system. These elements have been analyzed from the point of view of their design and physical location on cars of different manufacturers, on the one hand, and from the point of view of the automated vehicle movement control system on the road, on the other hand. In this regard, the following have been analyzed: a typical design of an independent suspension, an automated steering mechanism control system based on a torque sensor on the steering shaft, a brake system with a corresponding ABS sensor. Based on the results of the analysis of the elements of the automated vehicle traffic control system, a stand design was developed and manufactured, which is used in the study of the operation of the specified elements. During the study, constructive advantages and disadvantages were identified, which makes it possible to provide proposals for their elimination by changing the design of the vehicle elements. For example, an additional mechanism for eliminating the backlash of the steering rack was proposed, and proposals were developed to improve the electric power steering.

Keywords: military automotive equipment, vehicle motion control system, control mechanism, physical model of the vehicle, steering, steering shaft, suspension, brake system, Hall elements.

Відомості про авторів:

Information about the authors:

Злепко Ігор Юрійович

начальник групи обслуговування

автомобільної техніки

Військової академії (м. Одеса)

Одеса, Україна

https://orcid.org/0009-0002-2582-0083

Лисий Олександр Васильович

кандидат технічних наук, доцент

начальник кафедри автомобільної

техніки