Mechatronics-Based Locomotion Module. Designing and Modeling Approach

The main trend in designing of automobiles and mobile robots is a widespread use of mechatronic modules and systems. But there are many questions concerning the mechatronics-based approach. We see a constant integration of the theory and practice of an automobile and a mobile robot. Thus, research in these areas can be carried out simultaneously. The aim of the research is development of a designing approach of the mechatronics-based locomotion module for the automobiles and mobile robots. Mechatronics-based locomotion module is intended to control: (i) turning of the wheels of the axle, (ii) pressure in the chambers of the hydraulic cylinders of the axle suspensions and (in) vertical displacement of the left and right wheels of the axle. The task of the research is development of a complex mathematical model, which includes development of control algorithms for the all-wheel steering system and the regulated wheel springing system, choice of the control system components and of electro-hydraulic servo drive of wheels turning. On the basis of the mathematical model the authors studied all the components of the mechatronics-based locomotion module. All the obtained results of physical modeling were done with the use of a mechatronics-based locomotion module test bench. The article describes the study of electro-hydraulic servo drive with a centralized hydraulic system.

мехатронный опорно-ходовой модуль, автомобиль, мобильный робот, математическая модель, всеколесное рулевое управление, автономный привод, система автоматического управления, mechatronics-based locomotion module, automobile, mobile robot, mathematical model, all-wheel steering system, test bench, electro-hydraulic servo drive

1. Подураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Машиностроение, 2006. 256 с.

2. Белоусов Б. Н., Попов С. Д. Колесные транспортные средства особо большой грузоподъемности. Конструкция. Теория. Расчет. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 728 с.

3. Белоусов Б. Н., Шухман С. Б. Прикладная механика наземных тягово-транспортных средств с мехатронными системами. М.: Агроконсалт, 2013. 612 с.

4. Белоусов Б. Н., Болдорев А. Г., Наумов С. В., Федотов И. В. Модель взаимодействия управляемых систем подрессоривания колес и всеколесного рулевого управления как подсистем их активной // Автомобильная промышленность. 2007. № 2. С. 5-9.

5. Experimental verification of mathematical model of interaction of the wheel with the support surface at non-stationary rolling modes / B. N. Belousov et al. // Problems of Machine-Building and Reliability of Vehicles. 2009. N. 5. P. 111-115.

6. Autonomous Mechatronics-Based Locomotion Module for Multi-Wheel Vehicle and Terrestrial Robot Applications / B. N. Belousov et al. // Commercial Vehicle Engineering Congress 2012. URL: http:// papers.sae.org/2012-01-1913 (дата обращения 13.08.2014).

7. Load Estimation of an Open-Link Locomotion Module for Robotic and Commercial Multi-Wheel Applications modes / B. N. Belousov et al. // Congress SAE. 2009. N. 4. P. 11-15.

8. ГОСТ 12.1.012-2004 Вибрационная безопасность. Общие требования

9. Смирнов Г. А. Многоосные многоприводные автомобили с автоматизированными системами // Автомобильная промышленность. 1997. № 9. С. 9-10.

10. Динамика системы "Дорога-шина-автомобиль-водитель". М.: Машиностроение, 1976. 554 с.

11. Брянский Ю. А. Управляемость большегрузных автомобилей. М.: Машиностроение, 1983. 176 с.

12. Иродов В. В. Исследование влияния эксплуатационных свойств (плавности хода, тормозных свойств, устойчивости и управляемости) на производительность автопоездов: дис.. канд. техн. наук. М., 1982. 230 с.

13. Ревин А. А. Повышение эффективности, устойчивости и управляемости при торможении автотранспортных средств: дисс.. докт. техн. наук: 05.05.03. Волгоград, 1983. 516 с.

14. Антонов Д. А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. М.: Машиностроение, 1978. 216 с.

15. Фаробин Я. Е. Теория поворота транспортных машин. М.: Машиностроение, 1970. 176 с.

16. Andreev A. F., Kabanau V. I., Vantsevich V. V. Driveline Systems of Ground Vehicles. Abingdon: Theory and Design Scientific and Engineering Editor. Taylor & Francis Group/CRC Press, 2010. 792 p.

17. Gordaninejad F., Kelso S. P. Fail-Safe Magneto-Rheological Fluid Dampers for Off-Highway, High-Payload Vehicles // Journal of Intelligent Material System and Structures. 2000. Vol. 11, N. 5. P. 395-406.

18. Редько П. Г. Повышение безотказности и улучшение характеристик электрогидравлических следящих приводов. М.: Янус-К, 2002. 232 с.

19. Miller T. J. Switched Reluctance Motors and Their Control. Oxford: Magna Physics Publishing and Clarendon Press, 1993.

20. Navarro R. Performance of an Electro-Hydrostatic Actuator on the F-18 Systems Research Aircraft. California: NASA/TM-97-206224, Dryden Flight Research Center.

21. Абрамов Е. И., Колиснеченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода (Справочник). Киев: Технiка, 1969.

22. Белоусов Б. Н., Наумов С. В., Климачкова А. С. Электрогидравлический привод с объемным регулированием в составе системы рулевого управления транспортного средства // Актуальные вопросы машиноведения. Вып. 2: Сб. науч. тр. VI Белорусский конгресс по теоретической и прикладной механике. Минск, 2013. С. 88-91.

23. Гийон М. Исследование и расчет гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1964. 385 с.