Файл: Малиновский, Е. Ю. Динамика самоходных машин с шарнирной рамой (колебания и устойчивость движения).pdf

VI. СТЕНДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕК — МАШИНА — ДОРОГА

1. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТЕНДОВЫЕ УСТРОЙСТВА

При исследовании динамики автомобилей (колебаний, устой­ чивости движения, управляемости) наиболее целесообразно рас­ сматривать систему человек — машина — дорога. Для шарнир­ ных машин, работающих чаще всего в условиях бездорожья, такая постановка задачи особенно важна, так как человек-опе­ ратор является единственным звеном, на котором одновременно замыкаются два канала возмущающих воздействий, связанных

н епериод и и е с к и е к о л е б а н и я

Рис. 60. Схема связей в системе дорога — машина — человек

с управлением движением машины на плоскости дороги и с интенсивными вертикальными колебаниями машины (рис. 60).

Шарнирные машины, как правило, имеют большую массу. Поэтому функционирование системы человек — машина — доро­ га наилучшим образом может быть исследовано с помощью стендов, включающих в себя вычислительную машину как мо­ дель, замещающую реальную конструкцию, и преобразующие устройства, обеспечивающие взаимодействие человека-операто- ра и машины. Предполагается, что человек на стенде должен находиться в условиях, эквивалентных реальным. Стенды позво­ лят решать не только конкретные задачи выбора систем под­ вески или схем управления, по и исследовать различные вопро­

162

ный характер и пригодна только для сравнения различных ис­ полнений кресла водителя.

Второй вариант управления включает в себя математическую модель машины. В этом случае блок 5 представляет собой маг­ нитную ленту с записью микропрофиля дороги, а вычислитель­ ная машина 6 выполняет все необходимые преобразования. При работе в режиме второго варианта на стенде удобно исследо­ вать различные варианты системы подвески проектируемой ма-

Рис. 62. Принципиальная схема стенда для комплексного исследования си­ стемы дорога — машина — человек

шины. Известно большое количество примеров аналогичных стендов, используемых в области автомобилестроения [25].

Следует указать, что электрогидравлические силовые следя­ щие устройства являются далеко не единственными, позволяю­ щими стыковать управляющую вычислительную машину с эле­ ментами реальной конструкции. Широкими разрешающими воз­ можностями отличаются также стенды, построенные на базе электродинамических преобразователей.

Стендовые устройства, связанные с исследованием комплекс­

специальное устройство формирования видоизображения дорож­ ной ситуации. Задача эта довольно сложная; в этом направле­ нии еще нет достаточного опыта, и число реализованных конст­ рукций невелико.

В качестве примера рассмотрим стенд конструкции ВНИИСтройдормаша (рис. 62), где для формирования изобра­ жения дороги применена телевизионная аппаратура. Стенд

164

предназначен для исследования динамики шарнирных земле­ ройно-транспортных машин и поэтому в его конструкции учтена возможность действия на водителя интенсивных колебаний, оп­ ределяемых движением машины по реальной дороге.

Стенд включает в себя системы формирования возмущаю­ щего воздействия, формирования сигналов управления элемен­ тами привода машины, двухкомпонентную платформу с натур­ ным креслом оператора-водителя и рычагами управления, а так­ же системы привода двухстепенной платформы и формирова­ ния видиоизображения. Система управления элементами при­ вода стенда и устройство формирования возмущающего воздей­ ствия дороги построены на базе аналоговой вычислительной машины (ABM) 1. На АВМ. моделируются уравнения, описы­ вающие плоскопараллельное движение (координаты у, z, а), вертикальные и угловые колебания, привод и рулевое управле­ ние машины. Для получения сигнала возмущающего воздейст­ вия используются генераторы шума и управляемые фильтры. Сигналы с выхода АВМ преобразуются при помощи согласую­ щих усилительных устройств 11 и управляют электрогидравлическими преобразователями с силовыми цилиндрами 3 и 10 двухкомпонентной платформы и двигателями 12, 14 и 15 трех­ координатного преобразователя системы формирования видио­ изображения. Двухкомпонентная платформа 8 представляет со­ бой качающуюся сбалансированную раму с параллелограммным устройством 9. Вертикальное движение рамы осуществляется цилиндром 10 через специальный узел, включающий в себя пру­ жину и гидравлический регулируемый демпфер. Платформа 8 соединена с параллелограммной рамой шарниром, позволяющим совершать угловые колебания. Поворот платформы в попереч­ ной плоскости осуществляется цилиндром 3. Питание гидроци­ линдров 3 и 10 обеспечивается насосной станцией 2. На плат­ форме 8 установлены рабочее кресло оператора-водителя 7, рулевая колонка 6 и педали управления 4.

Система формирования видиоизображения включает в себя передающую камеру 13, которая перемещается над макетом не­ которого испытательного полигона 16, и приемный монитор 5, находящийся непосредственно перед водителем. Стенд работает так. Водитель, находясь на рабочем месте, посредством педа­ лей 4 подает сигнал на вход вычислительной установки 1, кото­ рая моделирует движение машины в соответствии с характери­ стиками привода и вырабатывает сигналы х, у и г, у, а. Сигна­ лы х и у после преобразования согласующими усилительными устройствами 11 поступают на вход управляющих золотников гидроцилиндров 3, 10, приводя в движение платформу 8. Сигна­ лы 2 , у, а поступают после силовых преобразований на вход двигателей 12, 14 и 15, которые обеспечивают перемещение пере­ дающей телевизионной камеры 13 над макетом полигона 16. Сигналы с передающей телекамеры поступают на видиомони-

165

соответствовали тем, которые проводятся гигиенистами при оценке состояния человека на колеблющейся платформе. В этом случае о скорости движения машины испытатель мог судить только косвенно по уровню действующих на него колебаний. Испытателю предлагалось регулировать скорость движения ма­ шины так, чтобы действующие перегрузки по его субъективной оценке были приемлемыми.

Третья серия экспериментов осуществлялась с включенными системами видиоизображения и возбуждения колебаний, когда машина выполнена по схеме I.

Четвертая серия испытаний производилась с включенными системами видиоизображения и возбуждения колебаний, когда машина выполнена по схеме II.

На рис. 64 кривые / и // показывают соответствующие рас­ четные среднеквадратичные ускорения сиденья водителя в зави­ симости от скорости движения машины по дороге реального микропрофиля. На эти же графики нанесены полученные при исследовании точки экспериментальных оценок; номер точки соответствует номеру водителя-испытателя. Здесь же для каж­ дого из графиков приведены обобщенные характеристики ре­ зультатов экспериментов.

На рис. 64, а на оси скоростей v нанесены экспериментальные точки, определяющие среднюю скорость прохождения маршру­ та, полученную испытателями при выполнении заездов в пер­ вой серии.

На рис. 64, б показаны экспериментальные результаты, полу­ ченные во второй серии. Сравнение поведения оператора на ма­ шинах двух конструктивных исполнений (I и II) показало, что при определении скорости движения человек выступает в каче­ стве некоторого линейного регулятора, снижая скорость движе­ ния тем больше, чем меньше машина защищена от тряски. Причем зафиксированный уровень среднеквадратичного дейст­ вующего ускорения для каждого испытателя оказывается вели­ чиной индивидуальной и практически постоянной независимо от конструктивного исполнения машины. На обобщенной характе­ ристике результатов область фактически полученных ускорений от уровня А до уровня В заштрихована. Стрелкой показано, что если для некоторого оператора предельно допустимые ускорения могут быть определены величиной Ь, то это предполагает, что

1G7

конструкции II ожидаемого увеличения скорости в среднем по всем испытателям получить не удается. Более подробное рас­ смотрение выявило, что всех испытателей можно разделить ус­ ловно на две группы. Первая группа испытуемых (примерно 40%) включает тех, для которых уровень допустимых с их точки зрения максимальных ускорений приближается к нижней гра­ нице А (рис. 64, в). Для этой группы водителей переход от уп­ равления машиной типа II к управлению машиной типа / приво­ дит, как и в первой серии заездов, к соответствующему пропор­ циональному изменению скорости движения машины.

Другая группа испытуемых (также примерно 40%) харак­ теризуется тем, что для нее уровень максимальных ускорений приближается к верхнему пределу В (рис. 64, г). Для этой части испытуемых переход от управления полностью защищенной от колебаний машины к машине типа I или II не сопровождался снижением скорости. Единственным ограничением повышения скорости в этом случае, по-видимому, являются возможности системы привода и управления машины.

Среди оставшихся 20% испытуемых оказались даже такие, для которых введение колебаний привело к увеличению скоро­ сти, что они объясняли как результат большей правдоподобно­ сти своего ощущения дороги при наличии тряски; некоторые из испытуемых в режиме управляемого движения не уловили раз­ ницы между системами / и II.

Полученные результаты еще раз подтверждают, что как ни велики возможности конструктора в совершенствовании маши­ ны, эффективность ее использования в конечном счете опреде­ ляется физиологическими возможностями и профессиональной подготовленностью оператора. Последнее хорошо подтверж­ дается наблюдениями в условиях эксплуатации, когда на одина­ ковых машинах на одном и том же объекте разные операторы обеспечивают существенно разную производительность машины.

Минимальный уровень ускорений, зафиксированный в опи­ санных экспериментах и при замерах в натурных эксплуата­ ционных условиях, существенно превышает уровень, рекомен­ дуемый как допустимый для низкочастотной области.

В настоящее время еще не всегда известно, к каким послед­ ствиям может привести способность человека без существенного напряжения переносить уровень низкочастотной тряски, сущест­ венно превышающий регламентируемый санитарными рекомен­ дациями. Однако не вызывает сомнения, что безопасные нормы являются величиной сугубо индивидуальной и в большинстве своем превышают рекомендуемые.

Оценивая возможности человека по увеличению скорости машины в условиях движения по дороге реального микропро­ филя, необходимо, по-видимому, принимать во внимание два вида ограничений, накладываемых человеком: 1) ограничения по управляемости; 2) ограничения по уровню переносимых коле­

169