Моделирование процесса функционирования рулевого управления грузового автомобиля при выполнении парковочных маневров

Abstract

В статье рассматривается разработка математической модели системы рулевого управления грузового автомобиля, оснащенного винтореечным рулевым механизмом c гидроусилителем. Особое внимание уделено моделированию работы системы при выполнении парковочных маневров, которые характеризуются большими углами поворота колес, изменяющимся передаточным отношением рулевой трапеции и нелинейным сопротивлением повороту колес. Модель включает в себя описание основных компонентов рулевой системы: насоса, напорного трубопровода, роторного распределителя, гидроцилиндра, рулевой трапеции, шин и управляемых колес. Приведены основные допущения и уравнения, используемые при моделировании механической и гидравлической подсистем. Рассмотрены особенности работы роторного распределителя и изменения характеристик проходных сечений дроссельных окон в зависимости от угла закручивания торсионного вала. Анализируется динамика гидроцилиндра и рулевой трапеции, а также моменты сопротивления повороту шин. Проведен кинематический анализ рулевой трапеции, получены зависимости для расчета передаточного отношения и угловых скоростей ее элементов. Для описания момента сопротивления повороту колес использована модель, учитывающая явление гистерезиса. Численное решение уравнений модели в среде Matlab/Simulink при синусоидальном воздействии на рулевое колесо подтвердило соответствие отклика модели ожидаемым характеристикам рулевого управления The article discusses the development of a mathematical model for the steering system of a truck equipped with a screw-and-rack steering mechanism with power assistance. Special attention is given to modeling the system's operation during parking maneuvers, characterized by large wheel turning angles, variable steering linkage ratios, and nonlinear resistance to wheel turning. The model includes descriptions of the main components of the steering system: the pump, pressure pipeline, rotary valve, hydraulic cylinder, steering linkage, tires, and steered wheels. Key assumptions and equations used for modeling the mechanical and hydraulic subsystems are presented. The features of the rotary valve's operation and the variation in the characteristics of throttle openings depending on the torsion bar twist angle are examined. The dynamics of the hydraulic cylinder and steering linkage, as well as the resistance moments for wheel turning, are analyzed. A kinematic analysis of the steering linkage is performed, and equations for calculating the linkage ratio and the angular velocities of its elements are derived. To describe the wheel turning resistance moment, a model considering hysteresis phenomena is employed. Numerical solutions of the model equations in the Matlab/Simulink environment, under sinusoidal input to the steering wheel, confirmed that the model's response corresponds to the expected characteristics of the steering system.