As a result of complex numerical experiments directions of the future development of 
movement control system of the armored personnel carrier BTR-4 are determined. Cardinal principles of economic and dynamic movement control were investigated for BTR-4. It has shown more efficiency then present movement control system

Вакуленко, В. В.

Герасименко, В. И.

Мущинский, Ю. М.

Толстолуцкий, В. А.

Чучмарь, И. Д.

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 102 
УДК 621.85-52 
 
Вакуленко В.В., Толстолуцкий В.А., Мущинский Ю.М., Герасименко В.И.,  
Чучмарь И.Д. 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ 
ДВИГАТЕЛЕМ 3ТД-3А НА ИЗДЕЛИИ БТР-4 
 
К современной военной технике предъявляются высокие требования подвижно-
сти, маневренности и проходимости. Обеспечить данные требования удается за счет 
повышения мощности энергетической установки, внедрения эффективных силовых 
установок и современных систем управления трансмиссией и двигателем. Автоматиче-
ские системы управления трансмиссией позволяют оптимизировать время переключе-
ния передач, блокировки гидротрансформатора (ГТ), обеспечивают выбор экономично-
го или  динамичного стиля переключения передач [1, 2]. Однако построить эффектив-
ное управление не возможно без согласования работы двигателя и трансмиссии. Таким 
образом, данная работа посвящена исследованию возможности экономичного управле-
ния двигателем 3ТД-3А на изделии БТР-4. Данное исследование является актуальным, 
поскольку позволит в дальнейшем построить комплексную систему автоматического 
управления движением БТР-4. Исследование проведено при помощи комплексной ма-
тематической модели шасси БТР-4, выполненной в соответствии с [1,3]. 
Момент переключения передач напрямую зависит от положения педали подачи 
топлива (ППТ) или от частоты вращения вала двигателя, чем выше частота вращения 
вала двигателя, тем позже произойдет переключение на высшую передачу и тем интен-
сивнее будет разгон машины [2]. При этом, если намеренно задать системе управления 
низкую частоту вращения вала двигателя, при которой необходимо переключать пере-
дачу, разгон станет менее равномерным, увеличатся просадки частоты вращения вала 
двигателя, увеличится динамическая нагрузка на элементы трансмиссии при неболь-
шой экономии топлива [1, 4]. Чтобы в полной мере обеспечить эффективность раннего 
переключения передач необходимо предусмотреть ограничение диапазона рабочих ча-
стот вращения вала двигателя при разгоне на низших передачах вплоть до 4-й. При 
этом верхняя граница диапазона должна соответствовать частоте вращения вала двига-
теля при максимальном моменте, что с небольшим запасом соответствует 2000 мин-1. 
Подобное ограничение наряду с экономичностью обеспечит движение машины в лю-
бых дорожных условиях.  
Для достижения максимальной скорости после включения в КП пятой передачи, 
необходимо плавно расширить диапазон рабочих частот вращения вала двигателя до 
максимального значения. 
Другим направлением улучшения топливной экономичности является управле-
ние расходом топлива двигателем при движении в слабо изменяющихся дорожных 
условиях. На рисунках 1 и 2 приведены характеристики разгона БТР-4 со штатным 
управлением элементами трансмиссии и двигателем. 
Как видно из рисунка 2 при движении с включенным гидротрансформатором 
крутящий момент двигателя используется на 40–60 % в данных условиях движения 
(бетонное шоссе). Поскольку блокировка ГТ происходит при переходе ГТ в режим гид-
ромуфты, то крутящий момент на турбинном колесе равен крутящему моменту двига-
теля и для обеспечения разгона машины достаточным будет уровень потребления топ-
лива двигателем равный 50 % от максимального.   
ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 103 
Ограничение крутящего момента двигателя (рис. 3, 4) приводит к увеличению 
плавности разгонной характеристики машины и снижает расход топлива (табл. 1). 
 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80
t, c
V
,к
м
/ч
 
Рисунок 1 – Изменение скорости движения БТР-4 при прохождении дистанции 1000 м 
 
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
t, c
К
о
э
ф
ф
и
ц
и
е
н
т 
и
с
п
о
л
ь
зо
в
а
н
и
е
 к
р
у
тя
щ
е
го
 м
о
м
е
н
та
 
д
в
и
га
те
л
я
 
Рисунок 2 – Изменение коэффициента использования крутящего момента двигателя  
во время разгона БТР-4 на дистанции 1000 м 
 
При формировании закона автоматического управления движением БТР-4 вели-
чина ограничения крутящего момента двигателя может быть определена в момент воз-
никновения условия необходимости блокировки ГТ, когда коэффициент трансформа-
ции момента близок к единице.  
 
ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 104 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
t, c
V
,к
м
/ч Ограниченный расход топлива
Штатный вариант
 
Рисунок 3 – Изменение скорости движения БТР-4 при прохождении дистанции 1000 м  
со штатным и ограниченным расходом топлива 
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
t, c
К
о
э
ф
ф
и
ц
и
е
н
т 
и
с
п
о
л
ь
зо
в
а
н
и
я
 к
р
у
тя
щ
е
го
 м
о
м
е
н
та
 
д
в
и
га
те
л
я
50% ограничение потребления топлива
Штатный режим
 
Рисунок 4 – Изменение коэффициента использования крутящего момента двигателя во время 
разгона БТР-4 на дистанции 1000 м 
 
Таблица 1 – Сравнение характеристик движения БТР-4 
 
Вариант Путь, м 
Расход 
топлива, 
кг 
Время, с 
Скорость, 
км/ч 
Штатный режим 
1000 
0,664 71,1 74 
50% ограничение потребления топлива 0,59 77 67,6 
Изменение параметра – 11 % -8,2 % 9,5 % 
 
Для оценки предложенных принципов управления двигателем проведен тесто-
вый пробег по маршруту КП ХКБМ – окружная дорога г. Харькова, проходящий через 
проспект Московский (рис. 5).  
Пробег осуществлялся по следующему алгоритму: 
1. Трогание с места и начало движение. 
2. Движение при фиксированном нажатии педали подачи топлива. 
ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 105 
3. Переключение передач в соответствии с выбранным алгоритмом. 
4. В точке остановки производилось нажатие педали тормоза. 
После полной остановки движение возобновлялось. 
 
 
Рисунок 5 – Схема тестового пробега 
 
Для оценки эффективности предложенных принципов управления рассмотрены 
три алгоритма управления движением БТР-4: 
1. Штатный. Данный алгоритм управления БТР-4 на данный момент использует-
ся в составе серийной машины. 
2. Экономичный. Диапазон рабочих частот вращения вала двигателя ограничен 
сверху частотой 2000 мин-1; переключение передач производится с упреждением  
200 мин-1. 
3. Динамичный. Диапазон рабочих частот вращения вала двигателя максимален. 
Переключение передач производится при точном соответствии частоты вращения вала 
двигателя заданному ППТ значению. 
 
Таблица 2 – Сравнение характеристик движения БТР-4 с разными вариантами 
управления элементами трансмиссии и двигателем 
 
Вариант 
управления 
Относительный 
угол нажатия 
ППТ 
Время, 
с 
Расход 
топлива, 
кг 
Средняя 
скорость, 
км/ч 
Расход на 100 км, 
кг 
Штатное 
1 749,5 8,22 60 65.76 
0,8 764,8 7,31 58,8 58.48 
0,6 819 6,46 54,9 51.68 
Динамичное 
1 741 8,48 60,7 67.84 
0,8 758,6 7,75 59,3 62 
Экономичное 
1
* 
847 6,34 53,13 50.72 
0,8
** 
916 5,94 49,13 47.52 
 
* – полное нажатие ППТ для экономичного варианта управления соответствует частоте 
вращения вала двигателя 2000 мин-1. 
** – 80 % нажатия ППТ для экономичного варианта управления соответствует частоте 
вращения вала двигателя 1800 мин-1. 
По результатам тестового пробега (табл. 2) можно отметить эффективность 
применения динамичного и экономичного типов управления в сравнении с штатным, 
который в данный момент применяется на БТР-4. 
КП ХКБМ 
«Окружная» 
183 м 
261 м 
778 м 252 м 
727 м 1677 м 2288 м 2057 м 4142 м 
- места остановок 
- начало и конец пробега 
ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 106 
Для реализации приведенных принципов управления движением бронетранс-
портера БТР-4 необходима установка информационно-управляющей аппаратуры в кон-
тур управления режимами работы двигателя 3ТД-3А и алгоритма «Топливо» [5]. 
Выводы. В результате проведенного исследования определены направления 
развития системы управления движением бронетранспортера БТР-4. Проведен ком-
плекс численных экспериментов, благодаря чему определенны основные принципы 
экономичного и динамичного управления движением БТР-4, которые показали 
бо΄льшую эффективность в сравнении со штатной системой управления. Однако реали-
зация данных принципов потребует разработки и внедрения дополнительных техниче-
ских решений в области управления режимами работы двигателя 3ТД-3А. 
 
Литература 
 
1. Борисюк М.Д. Дослідження характеристик рухливості легкоброньованої колі-
сної військової машини з гідромеханічною трансмісією / М.Д. Борисюк, В.О. Толсто-
луцький, С.В. Стрімовський, В.М. Соловйов // Інтегровані технології та енергозбере-
ження.– 2010.– №4.– С. 102–108. 
2. Автомобильный справочник BOSCH. Справ. Пособ. / Под общ. Ред. Robert 
Bosch GmbH. Второе издание переработанное и дополненное. Перевод с английского. –
М.: За рулем, 2004. – 992 с. 
3. Толстолуцький В.О. Аналіз і параметричний синтез механічних трансмісій су-
часних швидкохідних гусеничних машин: Дис. канд. техн. наук: 05.22.02. – Харків, 
2007.– 134 с. 
4. Цыганков Э.С. Золотые правила безопасного вождения.– М.: Эксмо, 2007.– 48 с. 
5. Технические условия. Дизель 6ТД-2Б 459М Б.ТУ. – Харьков: КП ХКБД, 2001. 
– 34 с. 
 
УДК 621.85-52 
 
Вакуленко В.В., Толстолуцький В.О., Мущинський Ю.М., Герасименко В.І.,  
Чучмарь І.Д. 
 
ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТІ ЕКОНОМІЧНОГО УПРАВЛІННЯ 
ДВИГУНОМ 3ТД- 3А НА БТР-4 
 
В результаті проведеного комплексу чисельних експериментів визначені напря-
мки розвитку системи керування рухом бронетранспортера БТР-4, а також основні 
принципи економічного та динамічного керування рухом БТР-4, які показали більшу 
ефективність у порівнянні зі штатною системою керування. 
 
 
Vakulenko V.V., Tolstolutskiy V.A., Muschinskiy U.M., Gerasimenko V.I., Chuchmar I.D. 
 
RESEARCH OF POSSIBILITY OF ECONOMIC ENGINE MANAGEMENT 3TD-3А 
ON THE PRODUCT AN ARMORED TROOP-CARRIER-4 
 
As a result of complex numerical experiments directions of the future development of 
movement control system of the armored personnel carrier BTR-4 are determined. Cardinal 
principles of economic and dynamic movement control were investigated for BTR-4. It has 
shown more efficiency then present movement control system. 


Исследование возможности экономичного управления двигателем 3ТД-3А на изделии БТР-4

Electronic National Technical University &quot;Kharkiv Polytechnic Institute&quot; Institutional Repository (eNTUKhPIIR)

ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 102 УДК 621.85-52  Вакуленко В.В., Толстолуцкий В.А., Мущинский Ю.М., Герасименко В.И.,  Чучмарь И.Д.  ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ 3ТД-3А НА ИЗДЕЛИИ БТР-4  К современной военной технике предъявляются высокие требования подвижно-сти, маневренности и проходимости. Обеспечить данные требования удается за счет повышения мощности энергетической установки, внедрения эффективных силовых установок и современных систем управления трансмиссией и двигателем. Автоматиче-ские системы управления трансмиссией позволяют оптимизировать время переключе-ния передач, блокировки гидротрансформатора (ГТ), обеспечивают выбор экономично-го или  динамичного стиля переключения передач [1, 2]. Однако построить эффектив-ное управление не возможно без согласования работы двигателя и трансмиссии. Таким образом, данная работа посвящена исследованию возможности экономичного управле-ния двигателем 3ТД-3А на изделии БТР-4. Данное исследование является актуальным, поскольку позволит в дальнейшем построить комплексную систему автоматического управления движением БТР-4. Исследование проведено при помощи комплексной ма-тематической модели шасси БТР-4, выполненной в соответствии с [1,3]. Момент переключения передач напрямую зависит от положения педали подачи топлива (ППТ) или от частоты вращения вала двигателя, чем выше частота вращения вала двигателя, тем позже произойдет переключение на высшую передачу и тем интен-сивнее будет разгон машины [2]. При этом, если намеренно задать системе управления низкую частоту вращения вала двигателя, при которой необходимо переключать пере-дачу, разгон станет менее равномерным, увеличатся просадки частоты вращения вала двигателя, увеличится динамическая нагрузка на элементы трансмиссии при неболь-шой экономии топлива [1, 4]. Чтобы в полной мере обеспечить эффективность раннего переключения передач необходимо предусмотреть ограничение диапазона рабочих ча-стот вращения вала двигателя при разгоне на низших передачах вплоть до 4-й. При этом верхняя граница диапазона должна соответствовать частоте вращения вала двига-теля при максимальном моменте, что с небольшим запасом соответствует 2000 мин-1. Подобное ограничение наряду с экономичностью обеспечит движение машины в лю-бых дорожных условиях.  Для достижения максимальной скорости после включения в КП пятой передачи, необходимо плавно расширить диапазон рабочих частот вращения вала двигателя до максимального значения. Другим направлением улучшения топливной экономичности является управле-ние расходом топлива двигателем при движении в слабо изменяющихся дорожных условиях. На рисунках 1 и 2 приведены характеристики разгона БТР-4 со штатным управлением элементами трансмиссии и двигателем. Как видно из рисунка 2 при движении с включенным гидротрансформатором крутящий момент двигателя используется на 40–60 % в данных условиях движения (бетонное шоссе). Поскольку блокировка ГТ происходит при переходе ГТ в режим гид-ромуфты, то крутящий момент на турбинном колесе равен крутящему моменту двига-теля и для обеспечения разгона машины достаточным будет уровень потребления топ-лива двигателем равный 50 % от максимального.   ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 103 Ограничение крутящего момента двигателя (рис. 3, 4) приводит к увеличению плавности разгонной характеристики машины и снижает расход топлива (табл. 1).  010203040506070800 10 20 30 40 50 60 70 80t, cV,км/ч Рисунок 1 – Изменение скорости движения БТР-4 при прохождении дистанции 1000 м  -0.200.20.40.60.811.20 10 20 30 40 50 60 70 80t, cКоэффициент использование крутящего момента двигателя Рисунок 2 – Изменение коэффициента использования крутящего момента двигателя  во время разгона БТР-4 на дистанции 1000 м  При формировании закона автоматического управления движением БТР-4 вели-чина ограничения крутящего момента двигателя может быть определена в момент воз-никновения условия необходимости блокировки ГТ, когда коэффициент трансформа-ции момента близок к единице.   ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 104 010203040506070800 10 20 30 40 50 60 70 80 90t, cV,км/ч Ограниченный расход топливаШтатный вариант Рисунок 3 – Изменение скорости движения БТР-4 при прохождении дистанции 1000 м  со штатным и ограниченным расходом топлива -0.200.20.40.60.811.20 10 20 30 40 50 60 70 80t, cКоэффициент использования крутящего момента двигателя50% ограничение потребления топливаШтатный режим Рисунок 4 – Изменение коэффициента использования крутящего момента двигателя во время разгона БТР-4 на дистанции 1000 м  Таблица 1 – Сравнение характеристик движения БТР-4  Вариант Путь, м Расход топлива, кг Время, с Скорость, км/ч Штатный режим 1000 0,664 71,1 74 50% ограничение потребления топлива 0,59 77 67,6 Изменение параметра – 11 % -8,2 % 9,5 %  Для оценки предложенных принципов управления двигателем проведен тесто-вый пробег по маршруту КП ХКБМ – окружная дорога г. Харькова, проходящий через проспект Московский (рис. 5).  Пробег осуществлялся по следующему алгоритму: 1. Трогание с места и начало движение. 2. Движение при фиксированном нажатии педали подачи топлива. ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 105 3. Переключение передач в соответствии с выбранным алгоритмом. 4. В точке остановки производилось нажатие педали тормоза. После полной остановки движение возобновлялось.   Рисунок 5 – Схема тестового пробега  Для оценки эффективности предложенных принципов управления рассмотрены три алгоритма управления движением БТР-4: 1. Штатный. Данный алгоритм управления БТР-4 на данный момент использует-ся в составе серийной машины. 2. Экономичный. Диапазон рабочих частот вращения вала двигателя ограничен сверху частотой 2000 мин-1; переключение передач производится с упреждением  200 мин-1. 3. Динамичный. Диапазон рабочих частот вращения вала двигателя максимален. Переключение передач производится при точном соответствии частоты вращения вала двигателя заданному ППТ значению.  Таблица 2 – Сравнение характеристик движения БТР-4 с разными вариантами управления элементами трансмиссии и двигателем  Вариант управления Относительный угол нажатия ППТ Время, с Расход топлива, кг Средняя скорость, км/ч Расход на 100 км, кг Штатное 1 749,5 8,22 60 65.76 0,8 764,8 7,31 58,8 58.48 0,6 819 6,46 54,9 51.68 Динамичное 1 741 8,48 60,7 67.84 0,8 758,6 7,75 59,3 62 Экономичное 1* 847 6,34 53,13 50.72 0,8** 916 5,94 49,13 47.52  * – полное нажатие ППТ для экономичного варианта управления соответствует частоте вращения вала двигателя 2000 мин-1. ** – 80 % нажатия ППТ для экономичного варианта управления соответствует частоте вращения вала двигателя 1800 мин-1. По результатам тестового пробега (табл. 2) можно отметить эффективность применения динамичного и экономичного типов управления в сравнении с штатным, который в данный момент применяется на БТР-4. КП ХКБМ «Окружная» 183 м 261 м 778 м 252 м 727 м 1677 м 2288 м 2057 м 4142 м - места остановок - начало и конец пробега ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 2’2011 106 Для реализации приведенных принципов управления движением бронетранс-портера БТР-4 необходима установка информационно-управляющей аппаратуры в кон-тур управления режимами работы двигателя 3ТД-3А и алгоритма «Топливо» [5]. Выводы. В результате проведенного исследования определены направления развития системы управления движением бронетранспортера БТР-4. Проведен ком-плекс численных экспериментов, благодаря чему определенны основные принципы экономичного и динамичного управления движением БТР-4, которые показали бо΄льшую эффективность в сравнении со штатной системой управления. Однако реали-зация данных принципов потребует разработки и внедрения дополнительных техниче-ских решений в области управления режимами работы двигателя 3ТД-3А.  Литература  1. Борисюк М.Д. Дослідження характеристик рухливості легкоброньованої колі-сної військової машини з гідромеханічною трансмісією / М.Д. Борисюк, В.О. Толсто-луцький, С.В. Стрімовський, В.М. Соловйов // Інтегровані технології та енергозбере-ження.– 2010.– №4.– С. 102–108. 2. Автомобильный справочник BOSCH. Справ. Пособ. / Под общ. Ред. Robert Bosch GmbH. Второе издание переработанное и дополненное. Перевод с английского. –М.: За рулем, 2004. – 992 с. 3. Толстолуцький В.О. Аналіз і параметричний синтез механічних трансмісій су-часних швидкохідних гусеничних машин: Дис. канд. техн. наук: 05.22.02. – Харків, 2007.– 134 с. 4. Цыганков Э.С. Золотые правила безопасного вождения.– М.: Эксмо, 2007.– 48 с. 5. Технические условия. Дизель 6ТД-2Б 459М Б.ТУ. – Харьков: КП ХКБД, 2001. – 34 с.  УДК 621.85-52  Вакуленко В.В., Толстолуцький В.О., Мущинський Ю.М., Герасименко В.І.,  Чучмарь І.Д.  ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТІ ЕКОНОМІЧНОГО УПРАВЛІННЯ ДВИГУНОМ 3ТД- 3А НА БТР-4  В результаті проведеного комплексу чисельних експериментів визначені напря-мки розвитку системи керування рухом бронетранспортера БТР-4, а також основні принципи економічного та динамічного керування рухом БТР-4, які показали більшу ефективність у порівнянні зі штатною системою керування.   Vakulenko V.V., Tolstolutskiy V.A., Muschinskiy U.M., Gerasimenko V.I., Chuchmar I.D.  RESEARCH OF POSSIBILITY OF ECONOMIC ENGINE MANAGEMENT 3TD-3А ON THE PRODUCT AN ARMORED TROOP-CARRIER-4  As a result of complex numerical experiments directions of the future development of movement control system of the armored personnel carrier BTR-4 are determined. Cardinal principles of economic and dynamic movement control were investigated for BTR-4. It has shown more efficiency then present movement control system. 

http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/2093/1/ITE_2011_2_Vakulenko_Issledovaniye%20vozmozhnosti.pdf

Исследование возможности экономичного управления двигателем 3ТД-3А на изделии БТР-4

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Institutional Repository (eNTUKhPIIR)

Исследование возможности экономичного управления двигателем 3ТД-3А на изделии БТР-4

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Electronic National Technical University &quot;Kharkiv Polytechnic Institute&quot; Institutional Repository (eNTUKhPIIR)

Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Institutional Repository (eNTUKhPIIR)