Mathematical modeling of the movement of a tracked vehicle using the RecurDyn application package

Abstract

Mathematical modeling of motion allows at the design stage to assess the impact of the design and operational parameters of tracked vehicles on their performance, determine the qualitative and quantitative performance indicators, and consider controllability issues. The use of the RecurDyn application with a library of specialized extension packages allows to obtain a mathematical model of the vehicle, taking into account its design with a specified degree of detail. A model of a tracked vehicle with a torsion bar suspension was developed using the Professional extension packs and the Track (HM) library of the Toolkit extension package. It allows simulating standard maneuvers on various supporting surfaces. The CoLink extension package implements a control model that ensures the movement of the tracked vehicle along a given trajectory. The basis for the development of the motion control model is a technique based on predicting the position of the vehicle after a given forecast time. As a control, the speed difference between the leading and lagging tracks was adopted. It ensures movement along a given trajectory. The difference in speeds ∆V is determined using PID – regulation by the values of the lateral deviation of the vehicle from the given trajectory and the angular deviation of the longitudinal axis of the vehicle from the tangent to the trajectory in the predicted position. The control model allows to simulate the movement of a vehicle with a differential and a planetary rotation mechanism. The simulation of movement along a circular trajectory and the snake maneuver was carried out. The movement of a tracked vehicle with a planetary steering mechanism on a solid support surface with a friction 0.7 coefficient was simulated.

Based on the simulation results, a conclusion about the adequacy of the mathematical model of the tracked vehicle and the performance of the presented motion control model was made. The developed model allows simulating various maneuvers of a tracked vehicle to assess the stability of movement and controllability, to determine the rational parameters of the tracked mover based on the results of simulation of movement at various heights of irregularities and speeds of movement.

Keywords

mathematical modeling / tracked vehicle / mechatronic system / RecurDyn application package / motion control model

References

[1] Dmitriyev A.A., Chobitok V.A., Tel’minov A.V. Teoriya i raschet nelineynykh sistem podressorivaniya gusenichnykh mashin [Theory and calculation of non-linear suspension systems for tracked vehicles]. Moscow: Mashinostroyeniye Publ., 1976. 207 p.

[2] Дмитриев А.А., Чобиток В.А., Тельминов А.В. Теория и расчет нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1976. 207 с.

[3] Kotiyev G.O. Prognozirovaniye ekspluatatsionnykh svoystv sistem podressorivaniya voyennykh gusenichnykh mashin: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk [Forecasting the performance properties of suspension systems for military tracked vehicles: Dissertation for Degree of DrSc in Engineering]. Moscow, 2000, 25 p.

[4] Котиев Г.О. Прогнозирование эксплуатационных свойств систем подрессоривания военных гусеничных машин: автореф. дис. … докт. техн. наук. М., 2000, 25 с.

[5] Savochkin V.A., Sharipov V.M., Smirnov I.A., Shishanov S.M., Tarasova L.I. Method for choosing rational parameters of the suspension system of a high-speed tracked vehicle. Traktory i sel’khozmashiny. 2015. No 3, pp. 18−21 (in Russ.).

[6] Савочкин В.А., Шарипов В.М., Смирнов И.А., Шишанов С.М., Тарасова Л.И. Метод выбора рациональных параметров системы подрессоривания быстроходной гусеничной машины // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 3. С. 18−21.

[7] Yagubov V.F., Strelkov A.G., Shapkin A.N. Analysis of the controlled curvilinear motion of high-speed tracked vehicles. Traktory i sel’khozmashiny. 2012. No 4, pp. 12−18 (in Russ.).

[8] Ягубов В.Ф., Стрелков А.Г., Шапкин А.Н. Анализ управляемого криволинейного движения быстроходных гусеничных машин // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 4. С. 12−18.

[9] Naumov V.N., Mashkov K.Yu., Pekhterev A.A., Rubtsov V.I. Algorithm for preventing uncontrolled movement of caterpillar robots. Izvestiya YUFU. Tekhnicheskiye nauki. 2017. No 1 (186), pp. 29−42 (in Russ.).

[10] Наумов В.Н., Машков К.Ю., Пехтерев А.А., Рубцов В.И. Алгоритм предотвращения неуправляемого движения гусеничных роботов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. № 1 (186). С. 29−42.

[11] Nakaznoy O.A. Analytical dependence of the critical skid speed of a high-speed tracked vehicle on its oscillations. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii, 2013, vyp. 10 (in Russ.). URL: http://engjournal.ru/catalog/ machin/ transport/973.html

[12] Наказной О.А. Аналитическая зависимость критической по заносу скорости быстроходной гусеничной машины от ее колебаний // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/ machin/ transport/973.html

[13] D’yakonov V.P. Matlab 6.5+Simulink 4/5 [Matlab 6.5+Simulink 4/5]. Moscow: SOLON-Press Publ., 2002. 768 p.

[14] Дьяконов В.П. Матлаб 6.5+Simulink 4/5. М.: СОЛОН-Пресс, 2002. 768 с.

[15] Poddubnyy V.I., Pavlyuk A.S., Poddubnaya M.L. Development of mechatronic models of mechanical systems using the CAMeL-View application. Polzunovskiy vestnik. 2013. No 4/3, pp. 110−116 (in Russ.).

[16] Поддубный В.И., Павлюк А.С., Поддубная М.Л. Разработка мехатронных моделей механических систем с использованием прикладного пакета CAMeL-View // Ползуновский вестник. 2013. № 4/3. С. 110−116.

[17] Poddubnyy V.I., Trekhtler A., Yyeker K.P., Kharchenko Ye., Varkentin A. Modeling an active suspension for a cross-country vehicle and assessing the possibility of using it to reduce the load on a wheel with a damaged tire. Mekhatronika avtomatizatsiya, upravleniye. 2013. No 9. pp. 47−50 (in Russ.).

[18] Поддубный В.И., Трехтлер А., Йекер К.П., Харченко Е., Варкентин А. Моделирование активной подвески для автомобиля повышенной проходимости и оценка возможности ее использования для снижения нагрузки на колесо с поврежденной шиной // Мехатроника автоматизация, управление. 2013. № 9. C. 47−50.

[19] Poddubnyy V.I., Poddubnaya M.L. Development of mathematical models of mechanical systems using the RecurDyn application package. Polzunovskiy vestnik. 2015. No 1, pp. 57−62 (in Russ.).

[20] Поддубный В.И., Поддубная М.Л. Разработка математических моделей механических систем с использованием прикладного пакета RecurDyn // Ползуновский вестник. 2015. № 1. С. 57−62.

[21] Korostelev S.A., Nechayev K.S., Bokin D.P. Influence of loading modes on the mechanical characteristics of the material of the rubber elements of the silentblock of caterpillar mover. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2009. No 1 (51), pp. 46−52 (in Russ.).

[22] Коростелев С.А., Нечаев К.С., Бокин Д.П. Влияние режимов нагружения на механические характеристики материала резиновых элементов РМШ гусеничного движителя // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2009. № 1 (51). С. 46−52.

[23] Korostelev S.A., Tselishchev V.A., Kashirskiy D.Yu. Experimental determination of the characteristics of the rubber elements of the silentblock caterpillar mover. Polzunovskiy vestnik. 2012. No 1/1, pp. 146−150 (in Russ.).

[24] Коростелев С.А., Целищев В.А., Каширский Д.Ю. Экспериментальное определение характеристик резиновых элементов РМШ гусеничного движителя // Ползуновский вестник. 2012. № 1/1. С. 146−150.

[25] Sergeyev L.V. Teoriya tanka [Tank theory]. Moscow: Izdaniye akademii bronetankovykh voysk Publ., 1973. 495 p.

[26] Сергеев Л.В. Теория танка. М.: Издание академии бронетанковых войск, 1973. 495 с.

[27] Poddubnyy V.I., Trekhtler A., Varkentin A, Kryuger M. Mechanical and mathematical model of a tracked vehicle for the development of an innovative propulsion and suspension system. Vestnik mashinostroyeniya. 2017. No 3, pp. 46−50 (in Russ.).

[28] Поддубный В.И., Трехтлер А., Варкентин А., Крюгер М. Механико-математическая модель гусеничной машины для разработки инновационного движителя и системы подрессоривания // Вестник машиностроения. 2017. № 3. С. 46−50.

[29] Universal’nyy mekhanizm 7.0. Modelirovaniye dinamiki gusenichnykh mashin. Rukovodstvo pol’zovatelya [Mechanism 7.0. Modeling the dynamics of tracked vehicles. User guide.]. 2012. URL: http://www.universalmechanism.com/download/70/rus/18_um_caterpillar.pdf (accessed: 30.03.2020).

[30] Универсальный механизм 7.0. Моделирование динамики гусеничных машин. Руководство пользователя. 2012. URL: http://www.universalmechanism.com/download/70/rus/18_um_caterpillar.pdf (дата обращения 30.03.2020).

RIGHTS & PERMISSIONS

Poddubnyy V.I.