Комплексная модель динамики многоосной колёсной амфибийной машины для повышения устойчивости и управляемости в переходных и экстремальных режимах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Динамика многоосных амфибийных колёсных транспортно-технологических комплексов (АКТТК) остается недостаточно изученной, особенно в условиях переменного сцепления и экстремальных режимов движения. Известные исследования фокусируются преимущественно на двух- и четырёхосных машинах, игнорируя сложные нелинейные эффекты увода шин и взаимодействие между осями, что ограничивает точность управления для тяжёлых многоосных машин.

Цель — разработать комплексную математическую модель динамики АКТТК, объединяющую распределение крутящих моментов между осями, корректировку углов поворота колёс в реальном времени и учёт нелинейных эффектов увода, для повышения устойчивости и управляемости в переходных и экстремальных режимах.

Методы. В статье использованы следующие методы: теоретико-аналитическое исследование на основе уравнений динамики транспортного средства, имитационное моделирование движения АКТТК с колёсной формулой 8х8, сравнительный анализ двух схем рулевого управления (1-2-0-0 и 1-2-3-4), оценка влияния скорости движения, ускорения и углов поворота на устойчивость, верификация модели через анализ установившихся и переходных режимов.

Результаты. Установлено, что разность углов увода крайних осей возрастает пропорционально скорости и углу поворота, достигая 10 градусов при скорости 40 км/ч. Отклонение от заданной траектории для схемы 1-2-0-0 достигает 40%, что в 1,6 раза выше, чем для схемы 1-2-3-4. В переходных режимах наблюдалось увеличение разности углов увода на 15-20% по сравнению с установившимся режимом.

Заключение. Предложенная модель демонстрирует, что интеграция распределения моментов и активного рулевого управления снижает отклонение от траектории и улучшает устойчивость АКТТК. Результаты подчеркивают необходимость адаптивных алгоритмов для многоосных машин, особенно в переходных режимах.

Об авторах

Михаил Михайлович Жилейкин

Московский политехнический университет

Email: jileykin_m@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8851-959X
SPIN-код: 6561-3300

д-р техн. наук, профессор, старший научный сотрудник научно-технического центра «Автоматизированные технические системы»

Россия, Москва

Олег Александрович Козелков

Московский политехнический университет

Email: kozelkow@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-4163-3721
SPIN-код: 8140-1200

д-р техн. наук, профессор, начальник научно-технического центра «Автоматизированные технические системы»

Россия, Москва

Всеволод Анатольевич Неверов

Московский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sevasxp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0515-9785
SPIN-код: 4896-2213

канд. техн. наук, старший научный сотрудник научно-технического центра «Автоматизированные технические системы»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Xu T, Liu X, Li Z, et al. A sliding mode control scheme for steering flexibility and stability in all-wheel-steering multi-axle vehicles. International Journal of Control, Automation and Systems. 2023;21(6):1926–1938. doi: 10.1007/s12555-021-0742-4 EDN: IALIAS
  2. Yang F, Cao X, Xu T, Ji X. A skid-steering method for path-following control of distributed-drive articulated heavy vehicles. IEEE Access. 2022;10:31538–31547 doi: 10.1109/ACCESS.2022.3159333 EDN: GHCKUO
  3. Mandl P, Edelmann J, Plöchl M. Vehicle Motion Control for Overactuated Vehicles to Enhance Controllability and Path Tracking. Applied Sciences. 2024;14(22):10718. doi: 10.3390/app142210718 EDN: MDKUTR
  4. Sergeev NV, Lipkovich IE. Analysis of the trajectory of an agricultural implement. doi: 10.51419/202151112 (In Russ.) EDN: UAICBB
  5. Shekihachev YuA, Mishkhozhev VKh, Shekihacheva LZ, et al. Study of the movement of a wheeled tractor on a slope. Bulletin of the Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V. M. Kokov. 2019:(4(26));81–86. (In Russ.) EDN: NXIKNV
  6. Chigintsev IV. Turning stability of three-axle multi-purpose vehicles. Special equipment and transport technologies. 2024;24:276–282. (In Russ.) EDN: WFNMJU
  7. Zhang B, Zong C, Chen G, et al. A novel integrated stability control based on differential braking and active steering for four-axle trucks. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019;32(1). doi: 10.1186/s10033-019-0323-0
  8. Xiao Y, He Y, Zhang Y, et al. Autonomous Circular Drift Control for 4WD-4WS Vehicles Without Precomputed Drifting Equilibrium. arXiv preprint. 2025;arXiv:2505.17487. doi: 10.48550/arXiv.2505.17487
  9. Balakina EV, Kochetov MS. Method for calculating the side slip angle of a vehicle wheel with a tilted rotation axis. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2024;11:14–22. (In Russ.) EDN: LYLPUF
  10. Vlahova AV, Novoderova AP. A variable structure model for studying the skidding of a four-wheel vehicle with slipping wheels. Bulletin of Moscow University. Series 1. Mathematics. Mechanics. 2024;3:40–45. (In Russ.) doi: 10.55959/MSU0579-9368-1-65-3-6 EDN: GQTHQO
  11. Buznikov SE, Elkin DS, Shabanov NS, Strukov VO. The experimental system of automatic wheel drift and vehicle rollover prevention. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;534(1). doi: 10.1088/1757-899X/534/1/012026 EDN: WRIYBR
  12. Belyakov VV, Palutin YuV, Tumasov AV, et al. Calculation of steering angles of vehicle steering wheels taking into account slip. Proceedings of the R. E. Alekseev Novosibirsk State Technical University. 2019;2(125):156–162. (In Russ.) doi: 10.46960/1816-210X_2019_2_156 EDN: AYZXMA
  13. Zhileikin MM, Seredyuk VA, Shinkarenko VA. Development of principles for improving the stability of movement of multi-axle wheeled vehicles. News of higher educational institutions. Mechanical engineering. 2014;3(648):47–60. (In Russ.) EDN: RYYJWN

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема сил, действующих на амфибийный колёсный транспортно-технологический комплекс: L — колёсная база; li — расстояние от передней до i-й оси машины; X, Y — продольная и поперечная оси соответственно; δi лев, δi пр — углы увода левого и правого колес i-й оси машины соответственно; δi — средний угол увода колёс i-й оси; ϴi лев, ϴi пр — углы поворота левого и правого колес i-й оси машины соответственно; ϴi — средний угол поворота колёс i-й оси; — проекции ускорения центра тяжести машины на продольную и поперечную оси соответственно; Px, Py — суммарные внешние продольная и боковая сила, приложенные к центру масс машины, соответственно; MZ — суммарный внешний момент, действующий на машину относительно вертикальной оси Z, проходящей через центр масс машины; Xi лев, Xi пр — продольная сила, действующая на колёса i-й оси со стороны дороги, для левого и правого колеса соответственно; Yi лев, Yi пр — боковая сила, действующая на колёса i-й оси со стороны дороги, для левого и правого колеса соответственно; C — центр тяжести машины; O — центр поворота; P — проекция центра поворота на продольную ось; Xp — расстояние от проекции центра поворота на продольную ось до задней оси.

Скачать (123KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость разности углов увода колёс крайних осей от угла поворота. управляемых колёс задающей оси для амфибийного колесного транспортно-технологического комплекса с формулой рулевого управления 1-2-0-0 (a) и 1-2-3-4 (b). Движение в повороте с постоянной скоростью. a: 1–4–Va=10, 20, 30, 40 км/ч соответственно; b: 1–4–Va=5, 10, 15, 20 км/ч соответственно.

Скачать (160KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость точности следования траектории от скорости движения в повороте для амфибийного колёсного транспортно-технологического комплекса с формулами рулевого управления 1-2-0-0 (a) и 1-2-3-4 (b).

Скачать (96KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость разности углов увода колёс крайних осей от угла поворота управляемых колёс задающей оси для амфибийного колесного транспортно-технологического комплекса с формулами рулевого управления 1-2-0-0 (a) и 1-2-3-4 (b) (движение в повороте с разгоном): 1–4–ja равно 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 м/с2 соответственно.

Скачать (142KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Разность углов увода колёс крайних осей для амфибийного колёсного транспортно-технологического комплекса с формулой рулевого управления 1-2-0-0: a — вход в поворот; b — выход из него.

Скачать (135KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Разность углов увода колёс крайних осей для амфибийного колёсного транспортно-технологического комплекса с формулой рулевого управления 1-2-3-4: a — вход в поворот; b — выход из него.

Скачать (107KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Циклограмма действия удельной боковой силы в зависимости от времени.

Скачать (36KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость угла поворота βа продольной оси машины от скорости движения и удельной боковой силы при прямолинейном равномерном движении: 1 — Py /Ga=0,1; 2 — Py /Ga=0,2; 3 — Py /Ga=0,3; 4 — Py /Ga=0,4.

Скачать (97KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Вид переходного процесса угла поворота βа в зависимости от времени при Va=40 км/ч и Py /Ga=0,1.

Скачать (75KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).