DOI: 10.37129/2313-7509.2024.22.18

УДК 623.1/.7

О.М. Ярошевський                                                              https://orcid.org/0000-0002-2608-8624

В.К. Скремінський                                                              https://orcid.org/0009-0007-0189-5044

В.П. Марченко                                                                     https://orcid.org/0000-0001-5775-4477

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

Військова академія (м. Одеса)

ШЛЯХИ ПОКРАЩЕННЯ МАНЕВРОВИХ МОЖЛИВОСТЕЙ ВІЙСЬКОВИХ АВТОМОБІЛІВ В УМОВАХ АКТИВНОГО ВИКОРИСТАННЯ ПРОТИВНИКОМ FPV-ДРОНІВ ЗА РАХУНОК ВИКОРИСТАННЯ ПОВНОКЕРОВАНОГО БАЗОВОГО ШАСІ

Сучасний характер ведення бойових дій визначається широким застосування противником безпілотних систем, що постійно висять над полем бою, як з метою проведення розвідки, так, відповідно, і з метою знищення наших сил. Особливо активно відбувається ураження військової автомобільної техніки, яка використовується для ротації особового складу та логістичного забезпечення наших військ. Тому, актуальним постає питання збільшення терміну виживання транспортних засобів в умовах активної дії засобів ураження противника. Є декілька підходів для вирішення цього питання: покращення швидкісних характеристик, покращення бронювання, покращення прохідності та покращення маневрових якостей.

Втілення всіх цих покращень в конструкцію автомобіля, приводить к її ускладненню та удорожчанню. Однак, основною прерогативою військово-політичного керівництва - є збереження життя і здоров’я особового складу та відповідно виконання поставленого завдання. Тому, підвищені витрати при підході до конструювання автомобілів з вирішеними вищезазначеними проблемами є основними.

Метою цієї статті є обґрунтування ускладнення конструкції військового транспортного засобу задля покращення його маневрових якостей. Найбільш значним це питання постає в умовах ведення бойових дій в міської забудові, при великої кількості руйнувань, малої кількості проїзних шляхів та можливості сховати техніку у складках місцевості у найкоротші терміни. Можливість уникнути атаки FPV-дрону , за рахунок наявності покращених маневрових якостей. Шляхом математичного аналізу проводиться порівняння поведінки повнопривідного автомобіля з однією керованою віссю та з повнопривідним автомобілем з керованими всіма колесами.

Ключові слова: маневреність, система керування, повнокерований автомобіль, схема повороту військового автомобіля з чотирма керованими колесами, керованість автомобіля.

Постановка проблеми

Актуальність поданого матеріалу полягає в тому, що раніше при проектуванні та виготовленні військових автомобілів, основна увага приділялась покращенню експлуатаційних показників, вантажопідйомності та прохідності. Ще одним напрямком було підвищення бронезахисту від куль, уламків та протимінний захист. Питанням підвищення маневреності та покращення швидкісних характеристик приносилися в жертву. Умови ведення сучасної війни показали, що вищезазначені показники вийшли на передній план. Маневреність стає найважливішим чинником, коли необхідно здійснити швидку логістичну операцію при насиченій урбаністичній забудові і тому розуміння які кінематичні схеми будуть краще працювати задля збереження життя особового складу виходь на перший план.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

У зв’язку з розвитком технологій та величезним скачкам в розробці автоматизованих систем управління, питанням вивчення покращення маневреності та стійкості автомобіля приділялася велика увага в сучасних дослідженнях. При цьому аналізувалися робота кінематичних співвідношень криволінійного руху автомобілів. Розроблялися математичні моделі та алгоритми [4, 5]. Використання зазначених досліджень дозволяє налаштувати систему керування автомобіля, а саме, рульове керування, гальмівну систему та підвіску таким чином, щоб автомобіль себе поводив без втрати керованості належним чином та допомагав вийти водію з зони ураження противником в найкоротші терміни.

Коли у нас всі колеса керовані, задні колеса повертаються разом з передніми. Кут їх повороту залежить від передавального числа редуктора, який встановлений між передньою і задньою осями.

Коли автомобіль рухається з низькою швидкістю руху, задні колеса повертаються у протилежному напрямку від передніх і це дозволяє зменшити радіус повороту – це негативна схема руху. Цей режим є актуальним при маневруванні в малих просторах. При високій швидкості переднім та заднім колесам приходиться повертатися в одному напрямку. І така схема називається – позитивною [1].

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми

Зазначені питання керованості та маневреності автомобілів зі всіма керованими колесами розглянуті у іноземних джерелах, також в них і підняті питання моделювання та проведено аналіз показників керованості, маневреності та стійкості при спортивній їзді. Рішення проблеми досягалося шляхом втілення механічного редуктора в керівний механізм. При сучасному різноманітті електричних двигунів та надійних схем керування ними, доцільніше використати їх для проведення поворотів висям і таким чином, вирішити проблему проходження автомобілем відрізків шляху при активному маневруванню в умовах поганого дорожнього покриття та під час обстрілу противника.

Постановка завдання

Проведення аналізу поведінки підрулюючої осі і зміни фаз повороту задніх коліс розглянуто в [7], також там зроблено висновки про кращі параметри схеми з точки зору показників керованості. Аналіз математичної моделі руху автомобіля з усіма керованими колесами автомобіля за формулою 4х4 наведені в [8]. Використання зазначеного керування дозволяє збільшити середню швидкість проходження прифронтових доріг, що є важливим критерієм виживаємості військового автомобіля.

Виклад основного матеріалу дослідження

Розглянемо проблематику зазначеного питання на основі схеми повороту автомобіля з чотирма керованими колесами з урахуванням радіусу його повороту (рисунок 1) [4].

Зазначене моделювання та виведені на її основі кінематичні залежності виконані на основі відомих робіт [1, 2, 4, 5] у сфері керованості та стійкості автомобілів. У зв’язку з спрощенням розрахунків, прийнято допущення, що відведення коліс при русі не відбувається.

При позитивної схеми повороту, відбувається однаковий напрямок повороту коліс передньої та задньої осі. Коли ми проведемо перпендикуляри до векторів швидкостей кожного з коліс то, відповідно, знайдемо і центр повороту, з неї опустимо перпендикуляр на поздовжню площину автомобіля. Це і буде радіус повороту автомобіля R1. В подальшому будуємо точки центру плями контакту кожного з коліс на опущений з точки О перпендикуляр. На місцях перетину отримаємо точки G, E, F, H.

В ході дослідження трикутників, з’ясуємо, що кути повороту коліс та міжколісна база пов'язані наступним співвідношенням:

Рівняння, що коректно описує поведінку автомобіля зі всіма керованими колесами буде виглядати наступним чином:

Поворот передніх та задніх коліс пов’язано через відношення передавального числа механізму задньої осі ufr. В більшості випадків передні колеса повертаються на більший кут чим задні. Аналіз існуючих конструкцій автомобілів з всеколісним керуванням [1, 6] довів, що передатне відношення знаходиться в межах 2,25…4. Це доречне при використанні механічного редуктора, а при використанні електродвигунів зазначене співвідношення повинно бути більшим.

L – відстань між передньою та задньою віссю; Wf – відстань між передніми колесами; Wr – відстань між задніми колесами; CG – центр мас;1 – відстань від передніх коліс до центру мас;2 – відстань від задніх коліс до центру мас; О – центр повороту; R1 – радіус повороту; R –траєкторія повороту; c1 – відстань від передньої вісі до центру повороту; c2 – відстань від задньої вісі до центру повороту; δif – кут повороту переднього внутрішнього колеса; δof – кут повороту переднього зовнішнього колеса; δir – кут повороту заднього внутрішнього колеса; δor – кут повороту заднього зовнішнього колеса.

Рисунок 1 – Схема повороту автомобіля формули 4х4 з усіма керованими колесами при позитивному керуванні

Визначимо передатне відношення між передньою та задньою осями та знайдемо кут повороту задніх коліс δr в залежності від кута повороту передніх коліс δf:

Відповідні кути повороту передніх та задніх коліс визначаються як середньоарифметичне між кутами повороту коліс передньої та задньої вісі і визначаються для точки перетину з поздовжньою віссю автомобіля співвідношеннями:

Залежність положення центру повороту автомобіля від кутів повороту його осей будемо знаходити за формулами:

В подальшому визначимо кути повороту внутрішніх та зовнішніх коліс передньої та задньої осі автомобіля:

Користуючись виразами, знайдемо показники повороту та маневреності: радіус кривизни - R, габаритну смугу повороту - D R, максимальний і мінімальний радіуси повороту - Rmax та Rmin:

де g - відстань від передніх коліс до самого дальнього габаритного показника кузова автомобіля при повороті;