Повышение потребительских свойств тракторов средствами автоматического контроля и управления: Теорет. и метод. основы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, доктор технических наук в форме науч. докл. Шипилевский, Геннадий Борисович

• Шипилевский, Геннадий Борисович
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1997

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение потребительских свойств тракторов средствами автоматического контроля и управления: Теорет. и метод. основы»

В настоящем докладе содержатся:

- результаты теоретических исследований и разработок по созданию средств автоматизации различного назначения;

- методические рекомендации по дальнейшему развитию этого направления как одного из наиболее перспективных для сове^Яйенствования тракторной техники, в том числе и по новым возможным постановкам ;

- рекомендации по организационно-техническому обеспечению создания и освоения средств автоматизации с учетом современных экономических условий.

Доклад составлен на основе разработок, проводившихся при участии, а в последние годы (начиная с 1978 г.) - под руководством автора. При этом теоретические результаты изложены по конкретным направлениям. Вопросы постановки и обеспечения, имеющие более общий" характер, показаны в форме, учитывающей и опыт проведенных работ, и произошедшие в отечественной экономике изменения.

Изложение теоретических результатов ограничено только теми,- которые были получены самим автором или с его непосредственным участием. Если в последующем имело место их развитие другими авторами, то сведения об этом также приводятся. Для краткости изложения опущены доказательства помученных впервые выводов, описания методик экспериментальных исследований и натурных испытаний и алгоритмы и программы расчетов.

Структура результатов работы и методических рекомендаций соответствует схеме, показанной на рис. 1.

Подтверждая, что многие направления разработок сложились или до начала работы автора в этой области, или не по. его инициативе, и выражая уважение большому числу работавших и работающих здесь специалистов, в первую очередь сотрудникам НАТИ и его подразделений, автор тем не менее не счел возможным в рамках "'¡ого доклада приводить исчерпывающего обзора развития по каждому направле-Изложение ограничено оценкой состояния на момент начала работы автора по '¿ой конкретной задаче.

Яйтор считает себя обязанным упомянуть, что получение такого богатого опыта '. бы совершенно невозможным без тесного сотрудничества с большим числом оте-очных и зарубежных специалистов, в первую очередь с такими, как покинувшие л.й.Трепененков, Б.А.Любимов, С.А.Богданов, П.П.Горбунов, И.Я.Цвейбель, . .Клейн, Ю.И.Ефремов, Б.И.Морозов, А.Б.Лурье, П.'Я.Прицкер, И.И.Кандрусев -ьще здравствующие Л.И.Гром-Мазничевский, Л.А.Вайнштейн, И.А.Скрыпник, -'.Викторов, Б.М.Ломакин, В.Я.Воронин, В.К.Хорошенков, Л.А.Орлов, I о .Н.Гевейлер, В.Г.Чернышев, В.Ф.Капканец, В.Д.Выборных, Е.П.Куценко,

С.А.Иофинов, Р.Т.Абдрашитов, В.К.Грашис, И.И. Наконечный, А.С.Кашурко, С.П.Гельфенбейн, Б.М.Иванов, М.М.Арановский, Г.Г.Сумцов, М.Г.Мелешко,

A.И.Драновский, Г.Н.Файнбурд, В.С.Тимошенко, В.И.Курченков, В.М.Шабанов, E.H.Червяков, И.С.Погорелова, Л.А.Фрумкин, Ю.М.Огульник, Е.Н.Фалеева,

B.Волчанов, Г.'Гановский, В.Панкова, В.Барани, Й.Франц, А.Дьери, Дж.Браун и многие другие. Автор выражает глубокую благодарность им, а также сотрудникам лаборатории автоматизации В.С.Хаби, Г.В.Новикову, А.Ф.Карбаяу и И.А.Печенкиной, сотрудникам других подразделений НАТИ и большого числа других организаций.

Автор хотел бы подчеркнуть, что проведенные работы рассматриваются им как органически связанные с общим направлением работ НАТИ по совершенствованию, теоретических и конструктивных представлений по различным вопросам тракторостроения, направленным в целом на повышение всех потребительских свойств тракторов отечественного производства.

КОНЦЕПЦИИ

Рис.1. Структура результатов работы.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Оснащение тракторов средствами автоматического контроля и управления стало практически общепринятым признаком современного технического уровня, которому ведущие зарубежные тракторостроительные фирмы уделяют серьезное внимание. При этом очевидно, что наличие на тракторах таких средств является мощным резервом повышения целого ряда важных потребительских свойств тракторов любого назначения, доводя эти свойства почти до максимально возможных значений, определяемых конструктивными возможностями тракторов. При этом под потребительскими свойствами здесь понимаются признаки, по которым потребитель на рынке тракторной техники делает выбор той или иной модели и которые в конечном итоге определяются тем, каких затрат ресурсов (первичные вложения, время-труд, энергоресурсы, запчасти, другие расходуемые ресурсы) потребует выполнение необходимого объема работ и какой уровень комфорта и безопасности, в т.ч. экологической, будет обеспечен при этом.

Автоматизация контроля и управления обеспечивает:

1. Повышение производительности за счет более полного использования мощности двигателя и времени смены, а также полноты сбора урожая.

2. Снижение расхода горюче-смазочных, посевных и посадочных материалов, средств химизации и других расходуемых ресурсов.

3. Снижение затрат на обслуживание и ремонт.

4. Повышение удобства и безопасности труда.

5. Снижение вредных воздействий на почву, растения, атмосферу и грунтовые воды.

6. Повышение возможностей учета и планирования работы.

Современные представления о целесообразности автоматизации исходят из понимания того, что деятельность человека-оператора, в данном случае водителя машинно-тракторного агрегата, связана с необходимостью принимать и обрабатывать определенные потоки информации. В одних случаях эти потоки недостаточны для эффективного контроля и управления, а в других настолько интенсивны, что существенно превышают возможности среднего человека-оператора по адекватному реагированию в виде своевременных и точных действий, в связи с чем наблюдается определенный информационный дискомфорт оператора и происходит существенное недоиспользование возможностей трактора. Прием и переработка информации с помощью аппаратных средств, которые могут быть с одной стороны гораздо более чувствительными к изменениям условий работы и соответственно использовать больше информации, чем человек-оператор, а с другой - обладать гораздо более высокой по сравнению с ним пропускной способностью и вносить при этом.меньше искажений, - являются принципиальной основой автоматизации.

Создание каждого средства автоматизации представляет собой сложную системную задачу, которая для успешного решения требует наличия теоретических и методических основ, позволяющих учесть многообразие предъявляемых со всех точек зрения требований. В свою очередь развитие тракторной техники определило достаточно обширную номенклатуру потенциально эффективных средств автоматизации. В связи с этим фактически появилось целое научно-техническое направление, имеющее своими целями создание и освоение таких средств.

Работы в этом направлении ведутся в НАТИ более 30 лет в сотрудничестве с тракторными.заводами и их конструкторскими организациями, научно-исследовательскими и учебными институтами. В последнее время с переходом к широкому использованию электронной аппаратуры в этой работе участвуют также и специализированные организации соответствующего профиля.

Задания на проведение работ в этом направлении в разные годы включались в отраслевые планы НИОКР по тракторо- и моторостроению, государственные научно-технические программы, программы научно-технического сотрудничества стран-членов СЭВ, тематические планы НАТИ, а также определялись договорами с предприятиями отрасли. Однако реализация результатов проведенных работ в связи с недоступностью производственно-технологического потенциала, необходимого для промышленного освоения создаваемых средств и практически полностью загруженного оборонными задачами, существенно отстала от мирового уровня. Некоторое продвижение в этой области было связано с деятельностью существовавшего в 1986-1991 годах советско-болгарского предприятия "Агроавтоматика", одним из учредителей которого являлся НАТИ, но и оно вынуждено было прекратить свое существование.

В настоящее время в связи с предполагаемым переходом к выпуску в Российской Федерации новых моделей тракторов и массовым высвобождением в результате конверсии необходимого производственно-технологического потенциала можно ожидать возобновления спроса на разработки и освоение разнообразных средств автоматизации, рассчитанных на применение в различных экономических укладах производства, использующего тракторную технику и заинтересованного в ее эффективности. При этом понадобятся теоретические и методические рекомендации, которые позволят быстро и с минимальными затратами разработать и освоить эти средства. В связи с этим тема, связанная с повышением потребительских свойств тракторов за счет автоматизации контроля и управления и содержащая теоретические и методические предпосылки ведения НИОКР в этом направлении, является достаточно актуальной.

Целями работы являлись:

- создание теоретических и методических основ повышения потребительских свойств тракторов путем разработки и освоения средств автоматизации тракторов и машинно-тракторных агрегатов различного назначения в форме обобщенных методов анализа и синтеза, определение технических требований к этим средствам, проведение теоретических и экспериментальных исследований но изысканию наиболее рациональных технических решений, организация опытно-конструкторских работ и мероприятий по освоению;

- разработка и уточнение общей концепции создания и освоения средств автоматизации и ее частного вида на ближайшую перспективу с учетом концептуально значимых факторов;

- обобщение общих методических рекомендаций по рациональному ведению работ.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые разработан систематизированный комплекс методов анализа и синтеза различных систем - средств автоматического контроля и управления для тракторов, опирающийся на единый подход к повышению потребительских свойств тракторов за счет рационализации контроля и управления и направленный на получение максимальной эффективности применения этих средств на тракторах, и практических решений по созданию и освоению этих средств. По существу получены новые научно обоснованные технические решения, использование которых в теории и практике конструирования тракторов позволяет существенно повысить технический уровень отечественного тракторостроения.

При этом, в частности, в отдельных областях этого комплекса получены следующие результаты: В области систем автоматического вождения разработана математическая модель прогрессирующего искривления, возможного при работе систем, использующих копирование предыдущего прохода, и определены требования к динамическим характеристикам таких систем для недопущения этого искривления.

• Применительно к гусеничным тракторам как объектам управления исследованы вопросы неустановившегося поворота, что позволило разработать экспериментально подтвержденную математическую модель для использования в задачах анализа и синтеза систем автоматического вождения, учитывающую особенности механизма поворота трактора и физический смысл прцесса.

Разработана математическая модель системы с гусеничным трактором в качестве объекта управления и методы ее использования для задач анализа и синтеза. Предложены и реализованы варианты оригинальных конструктивных решений систем и их составных частей.

Определены возможности систем автоматического вождения по получению реальных производственных эффектов.

2. В области систем управления режимами двигателя впервые в мировой практике показана возможность использования на тракторе системы автоматического управления с применением средств микроэлектроники.

Установлена необходимость и разработаны приемы самонастройки параметров системы на текущее состояние характеристики двигателя. Разработаны приемы измерения загрузки двигателя, не требующие изменения конструкции корпусных деталей и хорошо согласующиеся с цифровыми способами обработки результатов.

Для целей анализа и синтеза предложено рассматривать такие системы как двухкон-турные с моторно-трансмиссиоиной установкой в качестве единого объекта управления. Предложено понятие "крутильная характеристика моторно-трансмиссиоиной установки" и разработаны методы ее использования для определения параметров системы управления, в частности, специальная номограмма. Проведены расчеты для прогноза влияния параметров системы управления на ресурс двигателя и трансмиссии. '■Разработаны рекомендации для выбора наиболее рациональных конс.труктивных решений по исполнительным органам системы. -¡X, ~~ Разработана уточненная математическая модель процесса трогания и разгона трак-^ тора при включении муфты сцепления. С помощью электронного моделирования ис : следованы возможности и разработаны рекомендации по автоматическому унравле

X? , нию включением муфты.

3. В области систем контроля и аварийной защиты введено понятие об интегральных параметрах, позволяющее принимать решения по рациональному выбору номенклатуры параметров контроля для каждой конкретной модели трактора. Разработаны технические требования к конструкциям и характеристикам датчиков.

Найдена и реализована наиболее целесообразная форма предъявления визуальной символьной информации с использованием впервые в мировой практике мнемосхемы трактора и двухсимвольных сообщений. Впервые в отечественной практике апробирована технология пленочных панелей со встроенной псевдосенсорной клавиатурой.

Впервые в отечественной практике была поставлена и решена задача создания и освоения в виде самостоятельного изделия системы аварийной защиты двигателя. ГГри этом найдены пригодные для использования в составе более сложных систем конструктивно-параметрические решения по принципам действия аварийной защиты и по универсальному приему принудительной аварийной остановки двигателя. Разработана методология оценки экономической эффективности аварийной защиты двигателя. Разработаны мероприятия по обеспечению качества производства электронных блоков системы.

4. В области информационно-советующих систем определено их место в проблеме автоматизации. Показана связь эффективности использования таких систем с наличием у пользователя стимулов для производительной и эффективной работы и введено понятие "заинтересованный пользователь".

На примере такой системы, создававшейся для трактора Т-150К, отработана методика выбора аппаратных и программных решений. В частности, разработан алгоритм, позволяющий с высоким быстродействием определять начало пробуксовки фрикционных элементов трансмиссии.

5. В области измерения действительной скорости разработаны и обоснованы требования к применяемым аппаратным средствам но диапазону измеряемых скоростей, точности измерения и времени усреднения для сельскохозяйственных и промышленных тракторов.

Разработаны и реализованы приемы испояьзовяия информации, получаемой на базе измерения действительной скорости, для более эффективного управления трактором. Разработан алгоритм оптимального управления бульдозером на базе тяжелого гусеничного трактора.

Организованы разработка и выпуск промышленной партии универсальной информационной системы с измерением действительной скорости.

6. В области комплексной автоматизации тракторов разработана концепция создания бортового компьютера как комплекса аппаратных и программных средств со штатными и заказными наборами функций и открытой магистрально-модуяьной структурой на базе типовых микропроцессорных модулей. Установлена несовместимость регулирования загрузки двигателя и силового регулирования положения навесного устройства и предложено заменить последнее регулированием по глубине (высоте) хода рабочих органов, в связи с чем предложен частотный способ измерения малых высот, реализуемый достаточно простыми аппаратными решениями.

На базе исследований условий эксплуатации тракторов разработаны требования к элементной базе бортового компьютера, вошедшие как отраслевые в единые требования машиностроения по элементной базе для автоматизации мобильных машин. Предложено понятие "холодных функций", реализуемых отдельными простыми аппаратными средствами, что позволяет избежать применения дорогостоящих компонентов.

Исследованы возможности развития набора функций, реализуемого при комплексной автоматизации. Предложены как примеры такого развития контур управления тяговыми режимами для существенного снижения буксования, электронное управление электропневмоприводом тормозов прицепа, динамическая сигнализация об опасности опрокидывания и универсальный технологический контроль сельскохозяйственных агрегатов (при этом на основе анализа совокупности контролируемых параметров работы прицепных и навесных орудий предложен единый набор сообщений о нарушениях технологического процесса). Разработана дизайн-концепция представления визуальной информации с помощью экранов (дисплеев) по последовательности предъявления и по видам изображений.

7, В области методических рекомендаций по развитию автоматизации как одного из наиболее эффективных средств совершенствования тракторной техники разработана концепция создания и освоения средств автоматизации применительно к современным условиям. Показаны возможности улучшения экологических свойств тракторов за счет оснащения их определенным набором средств автоматизации. Разработаны общие методические рекомендации по постановке и решению задач создания и освоения средств автоматизации с минимальными затратами времени и труда. Разработаны методические рекомендации по обеспечению разработки и освоения средств автоматизации, включающие эргономическое, аппаратурное, производственное, экспериментальное и сервисно-сбытовое обеспечения.

Практическое значение и реализация результатов работы подтверждаются разработками НАТИ и его подразделений, относящимися ко всем упомянутым направлениям автоматизации. В их числе создание экспериментальных и опытных образцов систем различного назначения для тракторов Харьковского, Волгоградского, Алтайского, Павлодарского и Минского тракторных, Ленинградского Кировского и других заводов. При этом: •

- поставлены на производство и изготовлены в количестве около 200 тЫс. комплектов системы аварийной защиты двигателя;

- выпущена опытная партия в количестве 100 комплектов универсальной информационной системы с радарным датчиком действительной скорости, по которому подготовлено отечественное производство;

- прошли государственные испытания системы автоматического вождения тракторов К-700 (с выпуском опытной партии), ДТ-75М и Т-4А;

- по согласованному со всеми тракторными заводами техническому заданию разработаны, изготовлены и прошли заводские испытания опытные образцы систем контроля технического состояния (электронные щитки приборов);

- на Харьковском тракторном заводе прошли заводские испытания система автоматического управления режимами двигателя и информационная система дам трактора Т-150К;

- разработаны и изготовлены экспериментальные образцы бортового компьютера для комплексной автоматизации тракторов;

- разработаны технические требования отрасли тракторостроения на датчики и микропроцессорные контроллеры;

- разработаны и согласованы в рамках сотрудничества стран-членов СЭВ технические требования и техническое задание на универсальную систему технологического контроля.

Эти результаты составляют целостный задел, позволяющий организовать разработку и освоение широкой номенклатуры средств автоматизации для перспективных моделей тракторов, подготавливаемых к производству на заводах Российской Федерации, а также продолжить развитие этого направления. Он использовался также при ведении в интересах Министерства обороны РФ ОКР "Упряжка-2", по которой успешно проведены испытания головного образца.

Результаты работы использовались в педагогической деятельности автора в Московском автомеханическом институте (ныне - Московская академия автомобильного и тракторного машиностроения), во Всероссийском институте повышения квалификаций руководящих кадров и специалистов АПК (ныне Российская инженерная академия менеджмента и агробизнеса) и в учебном центре Московского филиала "Агроавтоматики". В 1996 году с их учетом автором была разработана новая редакция программы курса "Теория автоматических систем автомобилей и тракторов" для подготовки инженеров по специальности "Автомобиле- и тракторостроение".

Апробация работы. Основные результаты работы известны широкому кругу специалистов отрасли, а также докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических совещаниях по автоматизации сельскохозяйственного производства в 1968-1989 гг., на Национальной научно-технической конференции с международным участием по электронизации сельскохозяйственных машин и процессов в Болгарии в 1988 г., на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Повышение научно-технического уровня и надежности трансмиссий тракторов" в 1978 г., на международной научно-технической конференции по автоматизации производственных процессов в сельском хозяйстве в 1995 г., на заседании Проблемного совета "Трактородвигателестроение" НТО Роскоммаша в 1996 г., на научно-технических конференциях МАДИ 1990-1996 гг. и др.

Публикации. По содержанию диссертации опубликовано 60 печатных работ, включая 21 авторское свидетельство и 2 свидетельства на промышленные образцы.

ОБЩАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

Создание и исследование средств автоматизации для тракторов как самостоятельное научно-техническое направление в рамках общей проблематики совершенствования тракторной техники имеет достаточно протяженную историю. Состояние этого направления в отечественной и мировой практике может быть охарактеризовано тремя последовательными стадиями.

На первой стадии одновременно с первичными и достаточно примитивными предложениями по отдельным вопросам, преимущественно по автоматизации вождения, считалось, что целью автоматизации является создание тракторов-роботов, способных выполнять необходимую работу, в частности, сельскохозяйственные операции, без человека на борту. Понятно, что при этом ожидалось радикальное повышение производительности труда, благодаря чему начался бурный рост разработок и исследований. С конца 50-х годов в СССР широко создавались и испытывали» многочисленные образцы всевозможных систем для автоматического вождения на гоне, программного автоматического вождения на гоне и разворотах, дублерного вождения, при котором один тракторист ведет группу из 2 или 3 тракторов, и дистанционного управления по радиоканалу. С участия в этих работах началась деятельность НАТИ по этому направлению.

Эта стадия длилась до конца 60-х годов и закончилась пониманием преждевременности принимавшихся подходов как с технической, так и с организационно-экономической точек зрения. Единственным позитивным результатом в СССР стали лишь достаточно продвинутые разработки по системам автоматического вождения на гоне при отвальной пахоте или при междурядной обработке пропашных культур, основанные на относительно простых конструктивных решениях в виде механических, электромеханических и электрогидравлических устройств, вполне доступных для промышленного производства при существовавшем уровне техники. Однако освоения этих разработок в производстве не произошло, несмотря на то, что к 1-970-71 г.г. прошли успешные государственные испытания таких систем на тракторах К-700, ДТ-75М и Т-4А. Это можно объяснить тем, что достигнутые эффекты носили частный характер и не оказывали ожидавшегося влияния на экономические показатели сельскохозяйственного производства.

Зарубежная практика оказалась также практически безрезультатной по освоению средств автоматизации, если не считать дальнейшего развития гидромеханических систем регулирования положения навесных устройств, которые применительно к раздельно-агрегатным гидросистемам были освоены и у нас. Тем не менее на этой стадии были накоплены определенные теоретические знания и методические подходы, оказавшиеся полезными впоследствии.

Следующая стадия характерна переходом к качественно новому набору технических средств, использовавшихся для создания систем автоматического управления и контроля - разработчики стали применять электронную аппаратуру в качестве основного средства обработки информации, и расширением номенклатуры создаваемых систем. Здесь начали проявляться существенные различия в организации и результативности работ между отечественным и зарубежным тракторостроением.

Ведущие зарубежные тракторные и агрегатные фирмы стали организовывать в своем составе подразделения по разработке электронных средств автоматизации, опираясь на производственно-технологический потенциал оборонно-космических отраслей и широко привлекая оттуда специалистов. Благодаря этому уже к середине 70-х годов на мировом рынке начали появляться тракторы, оснащенные такими средствами в виде электронных щитков приборов и систем регулирования положения навесных устройств, сначала по заказу, а затем и штатно. Однако фирмы еще не позволяли себе вести глубокий научный поиск, ограничиваясь упомянутыми направлениями с относительно невысокой наукоемкостью.

В отечественном тракторостроении работы этого направления в основном были сосредоточены в НАТИ и его специализированных подразделениях, а также в ряде других НИИ (УкрНИИСХОМ, УНИИМЭСХ, ЦНИИМЭСХ и др.) и ВУЗ'ов с привлечением в ряде случаев конструкторских организаций специализированных отраслей, в частности, Минэлектронпрома. При этом перспективы освоения создававшихся средств автоматизации определялись субъективными обстоятельствами и в основном не были обнадеживающими из-за отсутствия в этих отраслях производственно-технологического потенциала, не занятого решением оборонно-космических задач, что проявлялось уже на этапах опытного производства. В связи с этим больший удельный вес получила исследовательская работа по уточнению набора реализуемых функций и алгоритмов, совершенствованию эргономических свойств создаваемых систем и определению влияния этих систем на потребительские свойства тракторов. В результате на отдельных направлениях автоматизации МТА были выполнены достаточно продвинутые, разработки как конструктивных решений, так и теоретических представлений. Здесь наряду с работами НАТИ можно отметить работы, выполненные под руководством С.А.Иофинова (системы контроля и управления для тракторов "Кировец"), И.П.Ксеневича (системы автоматического вождения, управления режимами двигателя и регулирования положения навесного устройства для тракторов МТЗ), В.П.Тарасика (системы управления трансмиссиями специальных машин), Р.Т.Абдрашитова (системы регулирования положения навесного устройства колесных пахотных тракторов),

Л.И.Гром-Мазничевского (системы управления гидрообъемными трансмиссиями), А.С.Кашурко (системы контроля и управления для машин но возделыванию и уборке свеклы, кукурузы и других культур) и других. Появились" публикации монографического характера, содержавшие обобщения по отдельным направлениям проблемы (И.П.Ксеневич и В.П.Тарасик, С.П.Гельфенбейн и В.Волчанов и др.)

Наметившаяся опасность отставания от мирового уровня по освоению средств автоматизации заставила искать пути создания необходимого потенциала. Принятые в то время директивные решения обязывали все машиностроительные отрасли, в том числе тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, создавать такой потенциал собственными силами и возможностями, не рассчитывая на поддержку отраслей ВПК. Поэтому в составе НАТИ было создано и стало развиваться отделение, в составе которого находились не только исследовательские, но и конструкторские подразделения, а также специализированное опытное производство, что позволило существенно расширять круг решаемых задач, ускорить проведение исследований и разработок и повысить научно-технический уровень работ. Но так как необходимо было создавать базу широкомасштабного производства создаваемых средств, было принято решение о сотрудничестве со специализированным заводом в Болгарии, что стало возможным благодаря достаточной продвинутое™ предъявленного задела и ясно выраженной заинтересованности ведущих тракторных заводов в скорейшем освоении средств автоматизации. Созданное в результате этого совместное предприятие "Агроавтоматика" внесло существенный вклад в развитие опытно-конструкторских работ, а главное - показало на примере системы аварийной защиты двигателей способность к быстрому и качественному освоению создаваемых средств.

На этой стадии стало также очевидным, что основной потребитель средств автоматизации - отечественное сельскохозяйственное производство - еще не. в полной мере готово к массовому появлению на тракторах намеченной к производству номенклатуры средств автоматизации. Не была организована соответствующая подготовка кадров, не существовало необходимой системы сервиса. Поэтому было организовано принятие совместных решений с Министерством сельского хозяйства и Госкомсель-хозтехникой и начата работа по подготовке кадров всех уровней и по созданию необходимой сервисной сети.

К сожалению, эта стадия в отечественном тракторостроении прекратилась преждевременно, не дойдя до массового освоения и перехода к непрерывному совершенствованию. В связи с известными обстоятельствами, в том числе с ликвидацией СЭВ, а затем и СССР, разрывом хозяйственных связей и резким снижением производства тракторов, производство средств автоматизации и опытно-конструкторские работы этого направления прекратились практически полностью. Тем не менее результирующим итогом этой преждевременно закончившейся стадии можно считать то, что, продолжая отставать по темпам и масштабам освоения средств автоматизации, нам удалось расширить научно-технический задел и заложить основы широкого внедрения набора средств, которые не только не должны были уступать по техническому уровню зарубежным аналогам, но и превосходить их по ряду показателей, в том числе по эффективности применения.

Хотя в отечественном тракторостроении вместе с объемами производства резко снизились и объемы работ по совершенствованию выпускаемых и созданию новых моделей тракторов, среди руководителей и специалистов конструкторских организаций отрасли находят должное понимание вопросы важности этого направления как одного из важнейших признаков современного технического уровня тракторов. В намеченных программах работ по созданию новой тракторной техники и в проектах технических заданий на разработки предусмотрено ведение работ по созданию и организации производства средств автоматизации. Для этого имеются также и благоприятные возможности благодаря широкому высвобождению производственно-технологического потенциала предприятий BIIK в результате конверсии, что может существенно понизить объем требуемых инвестиций.

В зарубежной тракторной технике в настоящее время наблюдается стадия расширяющегося применения электронных средста автоматизации. Все большее количество моделей оснащается такими средствами, причем растет доля штатного применения в основной комплектации тракторов и понижается нижний уровень мощности их двигателей, с которого начинается такое оснащение, что свидетельствует как о растущем понимании производителями и потребителями эффективности применения средств автоматизации, так и о снижающейся стоимости производства таких средств.

Хотя за последние годы сама номенклатура применяемых на зарубежных тракторах средств автоматизации почти не пополнилась качественно новыми системами, растут объемы применения сложных систем управления, в частности, моторно-трансмиссионными установками. Там, где таких сложных систем еще нет, наблюдается подготовка возможности их применения путем, например, расширяющегося использования электрогидравлических механизмов управления переключением передач и диапазонов, включением привода переднего ведущего моста и ВОМ и т.д. В аргументацию за применение средств автоматизации включаются не только соображения производительности и экономичности, но и учет перспективных экологических требований. Это подверждает, что автоматизация контроля и управления на тракторах не является быстропроходящей модой, а становится таким же постоянным признаком, какими в разное время стали дизельные двигатели, гидравлическое оборудование, электрооборудование постоянного тока и комфортабельные кабины.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТОК. 1.1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЖДЕНИЯ. Разработки систем автоматического вождения сельскохозяйственных тракторов начались у нас в конце 50-х годов по предложениям И.Г.Логинова и, других изобретателей. К этому же времени относится появление многочисленных предложений и за рубежом. В основном большинство из них основывалось на копировании следа предыдущего прохода, например, борозды отвальной вспашки, или рядка растений. При этом обилие разнообразных конструктивных решений до определенного времени не сопровождалось теоретическими исследованиями, хотя потребность в них - выявилась достаточно быстро. '

В первую очередь возникла проблема борьбы с прогрессирующим искривлением при копировании борозды. Она привлекла внимание ряда исследователей, но ближе всех к ее решению подошел .Я.Л.Бронштейн, по существу предложивший использование аппарата теории автоматического управления с описанием гусеничного трактора как объекта соответствующей системы. Однако ему не удалось довести этот, в общем правильный подход, до конкретных требований к динамическим характеристикам, а от них к конструктивным параметрам системы. Предложенное же им описание трактора как объекта системы также не могло в полной мере удовлетворить практику.

В ходе выполненных в 1966-1970 гг. работ удалось получить результаты, существенно продвинувшие дальнейшие разработки в этом направлении.

При описании гусеничного трактора как объекта управления впервые было рассмотрено действие механизма поворота наиболее распространенных типов - фрикционного и планетарного с ленточным тормозом. Было показано,что оно может быть описано в виде нелинейной статической характеристики релейного типа.с наклонной восходящей ветвью. При этом крутизна восходящей ветви значительно больше у планетарного механизма, особенно с самотормозящимися лентами. Кроме того, была показана связь между параметрами характеристики и тяговой нагрузкой (рис.2). Для подтверждения этих соображений были проведены специальные эксперименты на тракторе ДТ-75 с регистрацией крутящих моментов на осях ведущих звездочек (по разности которых определялся поворачивающий момент) и перемещений рычагов поворота, показавшие удовлетворительное совпадение реальных процессов с предложенным описанием.

Для описания самого трактора были предложены подходы общего характера, пригодные для всех объектов такого вида и основанные на представлении о каждом как о многомерной системе с несколькими входами и выходами и матричной взаимосвязью между ними, из которой для конкретной задачи могут быть выбраны некоторые входы и выходы. В данном случае было предложено считать управляющим воздействием поворачивающий момент, а выходными параметрами - курсовой угол и поперечное смещение при допущении о постоянстве скорости поступательного движения. Методический подход к получению зависимостей между ними опирался на идею гипотетических описаний, предполагающую рассмотрение физического смысла неустановившегося поворота с принятием различных допущений и выбор окончательного описания в форме дифференциальных уравнений или передаточных функций по результатам эксперимента. Во внимание были приняты вид эпюры вертикальных нагрузок гусениц и наличие тягового сопротивления как вектора.

В качестве допущений было принято, что каждый элемент опорной поверхности гусениц при неустановившемся повороте испытывает поперечное сопротивление, пропорциональное произведению скорости его поперечного перемещения и вертикальной нагрузки на него (гипотеза вязкого трения). Кроме того, было принято, что вектор горизонтальной проекции тягового сопротивления в ходе поворота отстает от продольной оси трактора на угол, пропорциональный угловой скорости поворота (рис.3). Это привело к выводу, что зависимость между поворачивающим моментом и курсовым углом может быть описана передаточной функцией вида К

-, (О рСГр+1) где р - оператор Лапласа,

К - коэффицент передачи,

Т - постоянная времени;

I - полярный момент инерции трактора.

При этом введены обозначения 1

К=~; (2)

Апр I

Т^ — ; Апр

Ъ-с

Апр = А \ х х q(x) х ёх + Ркр х к' х Г;

4)

-с

Поворачивающий момент Мп 2 3

Ход рычага а

Рис.2. Характеристики механизмов поворота гусеничных тракторов (1 -планетарный с ленточным самозатягивающимся тормозом, 2 - то же с несамозатягивающимся тормозом, 3 - фрикционный,--при полной тяговой нагрузке,----при частичной тяговой нагрузке). в которых, в свою очередь, обозначения соответствуют: А - коэффициент вязкого трения, Ь - длина опорной поверхности гусеницы, с - координата мгновенного полюса вращения, д(х) - эпюра вертикальных нагрузок, Ркр - тяговое сопротивление плуга, к' - коэффициент пропорциональности, Г - координата точки прицепа.

Проведенные с трактором ДТ-75 эксперименты, в ходе которых пришлось уделить особое внимание аппаратурному обеспечению траектографических измерений, подтвердили достаточную близость такого описания к реальному процессу поворота. Одновременно был подтвержден и полученный при принятых допущениях вывод о том, что в процессе поворота мгновенный центр скоростей трактора как плоской системы не перемещается вдоль его продольной оси (координата С остается постоянной).

Исследования трактора как объекта управления сопровождались разработкой методики, позволявшей по результатам эксперимента определить наиболее подходящее по точности окончательное описание в классе линейных моделей. В отличие от многих предлагавшихся в то время, она не накладывала никаких ограничений на постановку эксперимента. Единственным требованием в ней являлось обеспечение нулевых начальных условий, разрешавших осуществлять расчет коэффициента передачи и постоянных времени на базе дискретного представления интеграла Дюамеля-Карсона. трактора.

В дальнейшем такая же методология была использована Ю.К.Клейном применительно к колесным шарнирно-сочлененным тракторам. Он же уточнил, что в пахотных агрегатах коэффициент пропорциональности к' между угловой скоростью поворота и углом отставания горизонтальной проекции вектора тягового сопротивления имеет различную величину для поворотов вправо и влево.

Для описания прогрессирующего искривления был использован аппарат теории случайных процессов. Обработка большого объема экспериментальных данных, полученных в результате измерений поперечных координат борозд при опытах с ручным и автоматическим вождением на тракторах ДТ-75 и Т-74, показала характерное и закономерное изменение кривых спектральной плотности от прохода к проходу. Это позволило описать прогрессирующее искривление как рост ординат спектральной плотности без расширения полосы частот. Отсюда было получено условие отсутствия прогрессирующего искривления в виде необходимого требования к частотной передаточной функции преобразования копируемой борозды в получаемую

1 Т^О-да) |< 1 при V»1 < тпах, где -датах - ширина полосы частот.

Несколько позже А.И-Драновский и Г.Н.Файнбурд установили, что оно является также и достаточным.

С точки зрения стабильности ширины захвата получено также условие -ига ах

1(1-Ш(]-»')1)с^ = тт. (7) О

Для аналитического исследования выполнения полученных требований за счет оптимизации структуры и параметров системы, в которой присутствуют существенно нелинейные звенья, была применена гармоническая линеаризация. Однако сложность полученного выражения для частотной передаточной функции системы и, соответственно, ее модуля - амплитудно-частотной характеристики - позволили только определить примерные направления оптимизации. В связи с этим было использовано моделирование на электронной аналоговой модели. '

Целесообразность такого способа исследования для средств автоматизации сельскохозяйственной техники показали С.П.Гельфевбейн и В.П.Елизаров. В нашем случае, помимо составления машинной модели в соответствии с математической моделью системы, учитывая специфичность предъявленных требований вида (6) и (7), пришлось разработать специальный метод, названный методом условных амплитудно-частотных характеристик. Входное воздействие на машинную модель подавалось в виде синусоид с переменными частотами и амплитудами, а на выходе регистрировались максимальные но модулю значения негармонических периодических кривых, отнесенные к амплитудам действовавших входных воздействий. Эти отношения выстраивались в функции частот входных воздействий. Рассматривая полученные характеристики, удалось установить конкретное влияние на выполнение требований (6) и (7) таких параметров, как продольный вынос точки копирования, крутизна наклонной части характеристики механизма поворота трактора, быстродействие и ход электрогидравлического исполнительного механизма и податливость навесного устройства трактора, и выработать соответствующие рекомендации. В частности, был предложен и обоснован алгоритм управления для релейно-контактных систем, включавший учет производной рассогласования и легко реализуемый в конструкции контактных датчиков.

Эти результаты были использованы в дальнейшем при подготовке и последующем проведе-нии государственных испытаний систем автоматического вождения на тракторах К-700, ДТ-75М и Т-4А. Испытания прошли на Северо-Кавказской и Алтайской МИС без замечаний, однако эти работы были необоснованно прекращены.

Применительно к шарнирно-сочлеиенным колесным тракторам предложенные подходы были развиты Ю.К.Клейном и Г.Н.Файнбурдом.

С появлением гусеничных тракторов, в которых механизм поворота действует по разностно-скоростному принципу (для поворота устанавливаются различные передаточные отношения от двигателя к ведущим колесам), было проведено теоретическое исследование особенностей формирования поворачивающего момента при включении механизма. Было установлено, что при описании неустановившегося поворота уравнением вида (Г) и при допущении об одинаковом буксовании гусениц выражение для поворачивающего момента Мпов имеет вид: ¡1-12

Мпов = А2 х - х (Тр+1), (8)

И Х12 где А2 - коэффициент пропорциональности, учитывающий радиус ведущего колеса, частоту вращения вала двигателя, приведенный коэффициент вязкого трения по уравнению (1), буксование и колею трактора;

И, \1 - передаточные отношения соответственно к ведущим колесам отстающей и забегающей гусениц;

Т - постоянная времени по обозначению (3); р - оператор Лапласа.

Для трактора, в котором различие передаточных отношений обеспечивается с помощью двойного дифференциала в виде разнонаправленного изменения частот вращения ведущих колес Да, выражение (8) приводится к виду

Мпов = А1 х (Тр+1) х Да, (9) в котором коэффициент пропорциональности А1 инвариантен относительно частоты вращения вала двигателя.

Такой подход обеспечивает также возможность оценки величины касательной силы тяги на забегающей гусенице для более точных прочностных расчетов, разумеется, при наличии экспериментальных данных по значениям коэффициентов уравнения (1). Обнаружено, что эта сила изменяется аналогично поворачивающему моменту с форсированием по первой производной управляющего воздействия, выраженного как в виде разных передаточных чисел по уравнению (8), так и в виде Да по уравнению (9).

Кроме теоретических работ описанного выше содержания, в это же время велся поиск вариантов рациональных конструктивных решений по таким важным компонентам систем, как копирующие и энектрогядравлнческие механизмы, Ряд таких решений имеет уровень изобретений, защищенных 8 авторскими свидетельствами.

К важному результату работ в этом направлении следует также отнести окончательное и полное представление о месте автоматического вождения в общей проблеме автоматизации тракторов. Прежде всего здесь следует видеть мощное средство улучшения условий труда. В ряде случаев автоматизация вождения позволяет обеспечить более высокое и стабильное качество выполнения работ и более высокую производительность (особенно в широкозахватных агрегатах). И, наконец, она является технической базой перспективы роботизации полевых работ.

Исходя из этого, а также понимая ограниченные возможности копировальных систем, которые при относительной простоте конструктивной реализации были привязаны к конкретным операциям, были исследованы возможности создания универсальных систем на базе измерения текущих значений прямоугольных координат положения агрегата на поле. Была установлена принципиальная возможность решения такой задачи на базе радиодальномерных устройств и начата разработка экспериментальных образцов, показавшая достижимость получения необходимых характеристик по точности измерений. Было предложено ориентировать применение таких систем в первую очередь для широкозахватных агрегатов на базе мощных тракторов. Однако с передачей этого направления работ в 1988 году во вновь образованное НПО "Сельхозмашавтоматика" исследования и разработки по нему были прекращены, хотя уже в то время появились зарубежные публикации, подтверждающие заинтересованность в таких решениях для создания так называемых географических информационнх и управляющих систем.

Для итоговой оценки состояния и перспектив этого направления автоматизации следует отметить, что ни у нас, ни за рубежом системы автоматического вождения практически не вышли из стадии разработок и на рынке не появились. Это в первую очередь объясняется тем, что до настоящего времени не найдено решений, обеспечивающих универсальность применения на широком круге операций достаточно простыми средствами типа механического копирования, пригодного для отвальной вспашки или работы по грядо-гребневой технологии. С другой стороны подтвержденные эффекты автоматического вождения по улучшению условий труда и качества выполнения операций не нашли пока экономического эквивалента и не востребованы потребителем.

В связи с этим можно утверждать, что автоматическое вождение в настоящее время не следует относить к первоочередным направлениям, однако оно не является тупиковым. Накопленные заделы найдут применение в перспективе в двух возможных областях: грядо-гребневые технологии использования универсально-пропашных тракторов с механическим копированием и широкозахватные агрегаты на базе тракторов высоких тяговых классов с использованием радионавигационных средств (что примыкает к упомянутым и широко обсуждаемым в настоящее время в развитых странах идеям применения географических информационных и управляющих систем, которые должны дать возможность дифференцировать состояние почвы и насаждений на разных участках одного и того же поля для соответствующих вариаций режимов обработки). Несомненно также, что проблема автоматизации вождения окажется ключевой при появлении технических, организационных и экономических предпосылок для возврата к решению задачи создания тракторов-роботов.

1.2.Системы управления режимами двигателя.

Управление режимами двигателя имеет самую большую историю развития среди всех средств тракторной автоматики. Оно по существу началось с применения всере-жимного регулятора, поддерживающего задаваемые скоростные режимы, который к середине 60-х годов достиг достаточно высокого уровня конструктивных решений на базе практически исчерпывающих теоретических обоснований.

Вопрос управления загрузочными режимами возник по мере совершенствования конструкций тракторов, в первую очередь их трансмиссий, в чем важную роль сыграли работы специалистов НАТИ. Одним из следствий этого стало увеличение количества ступеней (передач). Сразу же стало очевидным, что необходимо более рационально использовать появившиеся возможности за счет точного и оперативного переключения па основе инструментальных средств измерения параметров, характеризующих текущие значения нагрузки на двигатель, как в виде сигнализаторов (позже такие решения стали относить к информационно-советующим), так и в виде замкнутых систем автоматического управления.

Одновременно с этим шли поисковые работы в направлении создания бесступенчатых трансмиссий, в частности, гидрообъемных. Здесь с самого начала были поставлены вопросы автоматического управления, и появилось много разработок теоретического и практического характера, среди которых наиболее продвинутыми были работы Л.И.Гром-Мазничевского. В них по существу впервые был поставлен вопрос единства управления скоростными и загрузочными режимами и сформулирована стратегия этого управления.

Для всех типов тракторных трансмиссий она сводится к двум целям: при выпол- { нении энергоемких работ, когда скорость агрегата ограничивается только мощностью I двигателя, работающего на внешней регуляторной характеристике, необходимо своевременным изменением передаточного числа трансмиссии поддерживать загрузку ; двигателя крутящим моментом в узкой зоне вблизи номинального значения. Бели же \ выполняется операция с относительно невысокой тяговой нагрузкой и имеются ограни-■ чения скорости агрегата, необходимо поддерживать скорость вблизи установленного / 5 предела, маневрируя передаточным числом и переходом на разные частичные регуля-I: ;; торные характеристики таким образом, чтобы удерживать двигатель в зоне режимов с минимальным удельным расходом топлива. Переход от одной цели к другой осу-| ществляется автоматически заданием скорости - максимально возможной или огра-$ ' ^ ниченной.

V'

-С Применительно к ступенчатым трансмиссиям первые разработки теоретического характера были сделаны в НАТИ под руководством П.П.Горбунова. В них впервые было указано на возможность нежелательного автоколебательного режима - т.н.

-,•'* "звонкового" переключения - и определены условия его возникновения. Однако эти /' - ■ ' работы практического развития не получили из-за того, что в тракторах тогда не было . ' возможности переключать передачи на ходу под нагрузкой.

О1'"

Появление на отечественных тракторах К-700 и Т-150/150К, а несколько позже МТЗ-100/102 механизмов, обеспечивающих переключение передач на ходу под нагрузкой благодаря отсутствию разрыва потока мощности (разработанных и внедренных на основе предложений К.Я.Львовского и Н.А.Щельдына) создало благоприятную обстановку для возобновления работ в этом направлении. К тому же появилась возможность использовать для сбора и обработки информации, необходимой для управления, электронную аппаратуру на интегральных микросхемах. Такие работы были начаты нами в 1970 году совместно со специалистами НИИМикроприбор (г.Зеленоград).

Объектом разработки стал трактор Т-150К. Основываясь на.имевшихся сведениях по возможностям его агрегатирования с рекомендованным шлейфом прицепных и навесных машин, мы пришли к выводу, что даже при работах с ограничениями скоростей по требованиям агротехники этот шлейф обеспечивает практически полную загрузку двигателя по мощности. В связи с этим мы предложили ограничиться только регулированием загрузочных, режимов при работе на внешней регуляторной характеристике.

Нами был разработан и испытан в 1972-73 годах макет такой системы - автомат переключения передач. По существу это была первая в мировой практике успешная попытка применить на тракторе микроэлектронную аппаратуру управления. Она показала принципиальную возможность использования таких средств на тракторах и подтвердила потенциальную эффективность автоматического управления загрузочным режимом (повышение производительности в проведенных опытах составило от 3 до 6 %). Вместе с тем возник целый ряд вопросов, требовавших теоретической проработки.

Прежде всего стало очевидным, что параметры любой системы управления жестко связаны с реальной регуляторной характеристикой двигателя, и допуски на них крайне невелики. В то же время было установлено на основании обработки результатов сдаточных испытаний двигателей СМД-62 на Харьковском заводе тракторных двигателей, что эти характеристики имеют существенный разброс по максимальной мощности и частотам вращения - номинальной и максимальной холостого хода. А по данным многочисленных испытаний тракторов было подтверждено, что эти характеристики обладают и существенной нестабильностью в эксплуатации - по мере увеличения наработки снижалась максимальная мощность и сбивалась настройка всережим-ного регулятора, причем при соответствующем обслуживании или ремонте эти показатели возвращались близко к исходному состоянию, однако накапливались и необратимые изменения. В связи с этим стало очевидно, что система управления должна обеспечивать самонастройку на текущее состояние характеристики двигателя в каждый момент времени. Одновременно с этим было установлено, что известные на то время рекомендации по косвенному измерению нагрузки на двигатель по перемещению рейки регулятора топливного насоса нуждаются в пересмотре. Необходимо было найти решения, позволяющие без каких-либо изменений корпусных деталей двигателя или топливного насоса получать в одном канале стабильную и достоверную информацию как по изменениям нагрузки, так и по изменениям частоты вращения (было установлено, что только одновременное измерение этих двух параметров обеспечивает самонастройку), причем желательно было получать эту информацию в виде, наиболее удобном для сопряжения с цифровой системой обработки.

Такие решения были найдены нами на основе измерения длительности впрыска \ топлива. Частота впрысков характеризовала частоту вращения двигателя, длительность впрысков изменялась в явной зависимости от крутящего момента (рис.4), а изменение отношения длительности впрысков к их частоте довольно хорошо отслеживало изменения мощности. Оказалось также, что отношение длительности впрысков к квадрату или кубу частоты имеет довольно острый максимум в точке, соответствующей перегибу регуляторной характеристики, что позволило предложить достаточно эффективный способ самонастройки. В то же время длительность (имеющая порядок единиц миллисекунд) легко измеряется в цифровой форме с высокой точностью (по этому же пути в конце 80-х годов пошли специалисты австрийской фирмы Штейр при создании приборов типа "Инфомат"). Для проверки такого решения наряду со стендовыми исследованиями был разработан, изготовлен и испытан в полевых условиях макет применительно к трактору Т-150К, в котором релизовывались измерение длительности впрысков, самонастройка на точку перегиба и сигнализация о выходе при перегрузке или недогрузке на уровень мощности ниже 85 % от номинальной. В результате испытаний более чем на 10 тракторах было подтверждено, что предложенный прием измерения полностью удовлетворяет предъявленным требованиям (попутно было установдено, что использование сигналов для переключения передач обеспечивает повышение производительности на 6-7 %).

Последующая практика ведения, работ в этом направлении заставила отказаться от представлений о достаточности управления только загрузочным режимом даже для тракторов общего назначения кл. 3-5. В рядовой эксплуатации сплошь и рядом наблюдалась недостаточная загрузка из-за отсутствия в достаточном количестве прицепных и навесных машин, рекомендованных для этих тракторов. Для снижения перерасхода топлива при ведении работ необходимо было ввести и управление скоростными режимами. Естественно, что понадобилось развитие теоретических основ всережимно-го управления для тракторов со ступенчатыми трансмиссиями, которое продолжило бы как упомянутые разработки НАТИ, так и работы, проведенные на базе МТЗ (И.П.Ксеневич, В.П.Тарасик, И.С.Нагорский и др.).

В окончательном виде основы этого управления сводятся к следующим положениям. В качестве объекта управления рассматривается моторно-трансмиссионная установка трактора (МТУ), включающая двигатель и коробку перемены передач. Управление осуществляется в форме двух зам-кнутых контуров. Первый в качестве задания имеет необходимую регуляторную характеристику двигателя и поддерживает ее регулированием подачи топлива. Второй в качестве задания имеет желаемую скорость движения трактора или частоту вращения выходного вала коробки (буксование здесь не учитывается) и поддерживает их изменениями передаточного числа коробки (переключением передач) и задаваемой регуляторной характеристики (рис.5).

Для выработки алгоритмического содержания всережимного управления мной предложено использовать характеристику, названную крутильной характеристикой МТУ (по аналогии с тяговой характеристикой трактора). Она представляет собой (рис.6) зависимости мощности на выходном валу коробки от крутящего момента нагрузки на нем для различных передач

N = Р(Мк,у) при] = 1,2,3.а (8) где Мк - крутящий момент нагрузки, у - передаточное отношение j-ой передачи, п - число передач, и может быть получена экспериментально или рассчитана предварительно по регуляторной характеристике двигателя (в координатах крутящий момент - эффективная мощность) при допущении о постоянстве к.п.д. коробки - эффективная мощность умножается на этот к.п.д., а крутящий момент- на передаточные числа коробки по всем передачам (можно показать, что допустимо строить крутильную характеристику и без учета потерь мощности в коробке).

1;имп мсек 4,0

3,0

2,0

1,0

1200 Мдв

Нм

1000 т\

800 ^ \ Й \

---- и1

600

-Г^ч-Й/'.- .

400 V \

200 \\

1500

1700

1900

2100

2300 об/мин

Рис.4. Наложение результатов измерений на регуляторные характеристики двигателей. а) двигатель СМД-62 (измерения проведены Ю.К.Клейном), б) двигатель ЯМЗ-240Б;--Мдв,---Шмп, ======= - (;имп/ш

Крутильная характеристика оказалась очень удобным средством для рассмотрения многих вопросов. В частности, при работе на внешней характеристике с целью максимального использования мощности возникает вопрос, при каких значениях нагрузки целесообразно производить переключение передач. Бели считать, что нагрузка изменяется достаточно медленно и можно не принимать во внимание переходные процессы, то становится очевидным, что выполнение функционала 1 Т

Ыср = — 1К(Мк,цД)

Т 0 за время Т обеспечивается при таком изменении у, которое сводится к переключениям при значениях нагрузки Мк, соответствующих точкам пересечения кривых для смежных передач. При этом, если передаточные числа составляют в соответствии с рекомендациями теории геометрическую прогрессию, все эти значения нагрузки соответствуют одной и той же паре точек на регуляторной характеристике двигателя, представляющих собой пороговые значения недогрузки и перегрузки. При неравномерном распределении передаточных чисел (отсутствии геометрической прогрессии) для каждой пары передач приходится назначать свои пороги, как это пришлось делать для трактора Т-150К.

Дальнейший анализ показал, что на этой же основе можно решать и другие вопросы. Так, если рассматривать изменяющуюся нагрузку Мк как случайную функцию времени с присутствием высокочастотных составляющих, то переключение передач

II контур

Рис.5. Контуры управления моторно-трансмиссионной установкой. Римскими цифрами обозначены: 1-система управления, П-коробка передач, III- топливный насос, IV- двигатель. Буквами обозначены: "У-заданная скорость, г передача, Мвв- внешняя нагрузка, совв- частота вращения выходного вала, М- нагрузка на двигатель, Р-регуляторная характеристика, заданная водителем, д-подача топлива, о- частота вращения вала двигателя.

Рис.6. Крутильная характеристика моторно-трансмиссионной установки трактора. нужно было бы организовывать по более сложному закону с привлечением определенного упреждения на основе, например, уравнения Винера-Хопфа, но при этом все равно ориентироваться на ту же цель (9). При этом можно вводить фильтрацию высокочастотных составляющих нагрузки, сокращая полосу пропускания до тех пор, пока значение этого функционала не начнет заметно отличаться от предельного максимального значения при отсутствии фильтрации. А это не что иное, как требования к динамическим характеристикам средства, измеряющего нагрузку прямо или косвенно. Практика испытаний показала, что разумная фильтрация характеризуется частотой среза порядка 0,3 Гц или временем задержки не более 3 сек. Более длительная задержка в отдельных случаях приводила даже к заглоханию двигателя от перегрузки.

Упомянутые выше приемы самонастройки были также найдены на основе крутильной характеристики. Для трансмиссий с геометрическим рядом передаточных отношений было предложено использовать то, что пороговые значения недогрузки и перегрузки соответствуют одному и тому же уровню мощности, который может быть выражен долей максимального значения. Для неравномерных транмиссий был предложен метод поправок с корректировкой начальных пороговых значений по знаку и величине изменения мощности двигателя в результате переключения. Оба способа были проверены в экспериментальной аппаратуре и оказались вполне работоспособными.

Были проведены расчеты с использованием математической модели, учитывающей динамику переходных процессов двигателя, и переключения передач. Она состояла из следующей системы уравнений:

Ф^

0,39х — = Мд - Мс; И

Мд = 53,6 - 32,5 г + 0,6 х (236 - при > 220; 4

1,24x10

Мд = - - 0,23г при ту < 220;

-4 2 йг 1,13x10 х \у = 0,3х — + Спр х г + р; с31

Спр = 8,85; F = 3,6 при w < 220; Спр = 0,557; F = 5,38 при w > 220;

Мвыкл Мвкл Мс = - + -;

1ВЫКЛ 1ВКЛ dwB

0,33 х — = Мвыкл -I- Мвкл - Мк; dt

•w ■

Мвыкл = Kjx Рвыкл(1:) х sign ( —--wb) < Мк ;

1ВЫКЛ w dwB

Мвкл = Kj x (pBioi(t) x'sign (--wb) < Mk + 0,33 x — . iBKn dt

В этой системе введены обозначения: w - частота вращения вала двигателя;

Мс - нагрузка на двигатель; z - ход муфты регулятора на уменьшение подачи;

Спр - приведенная жесткость пружины регулятора;

F - усилие натяжения пружины регулятора;

Мвыкл- момент, передаваемый муфтой выключаемой передачи;

Мвкл - момент, передаваемый муфтой включаемой передачи; выкл- передаточное число выключаемой передачи;

1вкл - передаточное число включаемой передачи; wb - частота вращения выходного вала коробки;

Мк - момент на выходном валу от внешней нагрузки:

Рвыкл- давление в бустере выключаемой муфты;

Рвкл - давление в бустере включаемой муфты;

Kj - коэффициент пропорциональности.

Численные значения коэффициентов уравнений системы (10), в том числе вид функций Рвыкл(0 и Рвкл(1), получены как по литературным данным, так и по результатам собственных экспериментов и предварительных расчетов. При этом начало изменения функций Рвыкл(Х) и Рвкл(1), соответствующее переключению передач, инициировалось различными значениями нагрузки Мк.

Расчет показал, что достижение цели (9) по максимальному использованию мощности двигателя обеспечивается, если переключение передач производится при нагрузках, соответствующих по корректорным ветвям кривых' крутильной характеристики перегрузкам по отношению к номинальному моменту, равным соотношениям передаточных чисел смежных передач рассматриваемых пар. Этот факт находится в полном согласии с рекомендациями общей теории трактора по выбору соотношений передаточных чисел трансмиссии по допустимой перегрузке двигателя.

Было установлено еще одно преимущество закона управления, реализующего цель (9). При переключениях передач в точках пересечения кривых крутильной характеристики оказываются минимальными значения коэффициента динамичности, определяемого по максимальному значению углового ускорения при переходе на высшую передачу. Хотя работа и мощность буксования фрикционных муфт механизма безразрывного переключения оказались практически не зависящими от условий переключения, минимизация этого коэффициента свидетельствует о повышении плавности переключения. Это позволяет считать безосновательными опасения, что автоматизация управления загрузочным режимом приведет к сокращению ресурса трансмиссии, если частота переключений определяется по относительно низкочастотным изменеиям нагрузки с шириной спектра не более 0,3 Гц, как указывалось выше.

Кроме того, само наличие автоматического регулирования загрузки указало на возможность некоторого увеличения ресурса двигателя. Несмотря на рост среднего значения нагрузки по крутящему моменту в пределе до 1,2 раза, которое должно было бы привести к пропорциональному повышению темпа износа, сокращение размаха изменений нагрузки, которое характеризуется размахом положений рейки топливного насоса и связано с темпом износа степенной зависимостью с показателем до 3,7, позволяет ожидать в итоге снижения темпа износа двигателя не менее чем на 7 %.

На основе крутильной характеристики предложена номограмма (рис.7), позволяющая наложить на характеристику двигателя и принятый ряд передаточных чисел коробки условия, обеспечивающие всережимное управление по комплексному критерию - максимум средней мощности при энергоемкой работе и минимум расхода топлива при недостаточной загрузке трактора и наличии ограничений по скорости.

Эти теоретические представления разрабатывались совместно с Л.И.Гром-Мазничевским. В последующем им были предложены и реализованы понятия о необходимых действиях системы управления при резких изменениях нагрузки (глубокая и очень глубокая перегрузка или недогрузка).

Неожиданно важным вопросом оказалась концепция исполнительных органов системы управления. Противопоставлялись два подхода - объединенный механизм переключения передач и воздействия на регулятор топливного насоса и раздельное исполнение исполнительных механизмов. Первый подход привел к достаточно эффективно действующей конструкции, разработанной ХТЗ под руководством Л.И.Гром-Мазничевского. Однако проведенный нами анализ показал,- что раздельное исполнение более перспективно с учетом обозначившейся уже тогда тенденции к электронному управлению топливоподачей, что и стало основой ведения дальнейших работ. Эта тенденция ■ в последние годы все шире распространяется в мировой практике, особенно в связи с повышением экологических требований (к сожалению, у нас этот вопрос пока беспокоит в основном только автомобильную промышленность).

Несмотря на то, что работы по созданию систем управления режимами поддерживались большинством ведущих специалистов предприятий и входили в число включенных в программы ГКНТ (задание 02.04 проблемы 0.18.04, выполнявшееся под нашим руководством), реализация их результатов столкнулась с характерными для своего времени препятствиями (в частности, с отсутствием производственных мощностей для изготовления исполнительных механизмов). В конечном итоге можно отметить только успешное прохождение заводских испытаний системы "САУР-Т-150К" на ХТЗ и разработку Кировского завода, реализованную в конструкции подготовленного к производству трактора К-701М как вариант заказного оборудования.

В середине 70-х годов наше внимание привлекли возможности автоматизации управления режимом трогания и разгона трактора с фрикционной муфтой сцепления. Опираясь на предложенное Г.М.Кутьковым математическое описание этого процесса, которое по существу представляло собой развитие подходов, разработанных ранее, в том числе специалистами НАТИ, была составлена уточненная модель, с помощью которой были рассмотрены варианты наложения обратных связей для получения, универсального для всех случаев работы трактора закона управления замыканием муфты.

Существо этой модели состояло в очевидном представлении трогания и разгона как трехэтапяого процесса (без учета провисания сцепки), в котором первый этап начинается с началом замыкания муфты и состоит в закрутке валов трансмиссии до тех пор, пока передаваемый крутящий момент не сравняется с величиной статического сопротивления. На следующем этапе увеличение передаваемого момента происходит при продолжающемся буксовании муфты и обеспечивает трогание и разгон трактора до некоторой скорости вплоть до прекращения буксования муфты. На последнем этапе i буксование муфты отсутствует и завершается разгон трактора до скорости, опреде

S ляемой статическим сопротивлением и передаточным числом трансмиссии. Предиолаi

У галось, что применение такой системы управления позволит повысить ресурс важного узла - муфты сцепления - в рядовой эксплуатации с относительно невысокой квалификацией обслуживающего персонала, что было особенно характерно для первых лет массового внедрения новых тракторов ХТЗ. Кроме того, в то время на повестке дня стояли поисковые разработки по различным возможностям: использования тракторов без человека на борту - групповое вождение, дистанционное управление, трактор-робот. у Было установлено, что достаточно эффективный закон управления реализуется при использовании обратной связи но частоте вращения вала двигателя. Была предложена нелинейная характеристика центробежного типа (рост усилия замыкания пропорционален квадрату частоты) и разработаны схемные решения автомата управления замыканием муфты. Однако и это направление в то время не получило должного развития и интерес к .нему возобновился только в последние годы на ХТЗ в рамках проблемы комплексной автоматизации (необходимо отметить, что в начале 90-х годов появились зарубежные рекламные публикации с предложениями оснащения тракторов устройствами, обеспечивающими автоматическое управление замыканием муфты сцепления).

Результирующая оценка состояния и перспектив этого направления сводится к выводу о целесообразности дальнейшего продолжения работ по созданию и освоению систем двухконтурного управления моторно-трансмиссиовной установкой с учетом перехода к электронному регулированию тогшивоподачи в дизельный двигатель. Реа-, лизация этого направления может обеспечить по сравнению со средними сегодняшними показателями повышение производительности от 5 до 15 %, снижение погектарного . расхода топлива от 5 до 12 %, сокращение токсичности выхлопа до уровня перспек-! тивных мировых норм и повышение ресурса двигателей на 3-5 %.

4 Очень валено, чтобы с учетом этих ожидаемых эффектов новые модели тракторов оборудовались, трансмиссиями, позволяющими производить переключение передач под нагрузкой без разрыва потока мощности и имеющими механизмы управления, позволяющие напрямую подавать команды управления в виде электрических сигналов, V скорее всего гидравлические или электрогидравлические. Здесь следует отметить, что в ^ зарубежном тракторостроении в последнее время темпы роста числа таких трансмис

Г I сий существенно выше, чем темпы роста появления систем автоматического управле-"!- ния ими.

В научно-исследовательском плане представляется необходимым наряду с дальнейшим совершенствованием программно-алгоритмических и аппаратно-конструктивных решений по системам управления организовать комплексные исследования по совместной оптимизации совокупности "двигатель с большим запасом крутящего момента (ДПМ) - многоступенчатая трансмиссия - система управления".

Можно ожидать, что в такой постановке могут быть найдены решения по оптимальному выбору числа ступеней трансмиссии.

1.3. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ.

Проведение поисковых разработок по использованию тракторов без человека на борту заставило обратить внимание на обеспечение аппаратного контроля технического состояния и необходимость автоматической аварийной защиты. Более детальная проработка показала, что и при обычном использовании тракторов применение электронной аппаратуры контроля и аварийной защиты обещает вполне определенные эффекты в виде сокращения трудоемкости обслуживания, перехода от обслуживания по периодичности к обслуживанию по потребности, предупреждения отказов и возможности в перспективе добиться достоверного прогноза остаточного ресурса. В это же время ряд зарубежных фирм начал оснащать тракторы электронными щитками приборов с цифровыми и аналоговыми индикаторами и аварийными сигнализаторами, гораздо более компактными, чем щитки с традиционными стрелочными приборами и ламповыми индикаторами. Стало очевидным, что этот вопрос следует рассматривать как новое самостоятельное направление автоматизации.

Выяснилось, что развитие этого направления требует в основном отработки методических подходов к выбору параметрических и конструктивных решений. В первую очередь возник вопрос номенклатуры контролируемых параметров.

Попытка решить его методом экспертного опроса с выбором экспертов среди ведущих специалистов конструкторских бюро тракторных заводов оказалась безуспешной. При первом опросе принятие их предложений привело бы к неоправданному перенасыщению тракторов датчиками и проводкой. Затем на их мнение наяожилось осознание того, что наличие такой аппаратуры станет объективным средством контроля качества изготовления трактора и увеличит количество рекламаций, если не будут приняты соответствующие меры организационно-технологического характера. В конечном результате опрос позволил только очертить пределы, внутри которых находятся разумные решения.

Не более плодотворной оказалась попытка применения функционально-стоимостного анализа (ФСА). Здесь не удалось обеспечить получение достоверной исходной информации как по затратам на реализацию каждой рассматриваемой элементарной функция контроля, так и по достигаемым благодаря ей эффектам.

Наиболее разумным представизюсь понятие интегральных параметров, под которым понимается способность какого-либо параметра отражать в динамике своего изменения совокупность факторов, характеризующих техническое состояние важных узлов и механизмов трактора. К таким параметрам были отнесены давления в некоторых системах (например, в системе смазки двигателя) или температуры в некоторых точках. В то же время было предложено учитывать и динамику процесса изменения технического состояния с точки зрения влияния на скорость изменения интегрального параметра (например, как быстро потеря масла из какого-нибудь механизма приведет к его перегреву). При таком подходе стало возможным гораздо проще для каждого конструктивно-компоновочного решения по трактору в целом предложить разумную номенклатуру контролируемых параметров, учитывающую также и уверенность разработчика и производителя трактора в достигнутом уровне качества и его сохранении при нормальной эксплуатации.

Проработка номенклатуры контролируемых параметров вывела на важный аспект проблемы - обеспеченность необходимыми датчиками. Сразу же выяснилось, что производившиеся в то время в автомобильной промышленности датчики не могут обеспечить решение поставленной задачи из-за недостаточной точности. Собственные НИОКР автомобилестроения аналогичного характера опирались на экспериментальные и опытные образцы, выпускавшиеся в ограниченных количествах и практически недоступные для наших работ. В связи с этим было принято решение на первом этапе разработать и изготовить собственными силами прототипы датчиков по всей номенклатуре, обеспечив комплектование систем для испытаний на тракторах и уточнив в ходе испытаний технические требования по каждой позиции. Эта работа была проведена в Сибирском отделении НАТИ.

По ее результатам под нашим руководством были составлены окончательные технические требования на все необходимые типы датчиков. Эти требования были рассмотрены и согласованы на уровне многостороннего сотрудничества стран-членов СЭВ после дополнительной проработки совместно со специалистами института ТУи £Т8 (г. Мартин, Чехословакия). На их основе в соответствии с действовавшим поряд-; ком нами были составлены и переданы от имени отрасли в Минприбор тематические карточки на разработку и производство более 10 типов датчиков. В конечном итоге по нескольким позициям были предложены близкие по характеристикам датчики из числа освоенных, а по датчику температуры выхлопных газов была выполнена с нашим участием разработка, доведенная до готовности производства на Луцком приборо-V строительном заводе.

В последующем по этим вопросам удалось организовать более тесное сотрудни-^ чество с автомобильной промышленностью в лице НПО "Автоэлектроника". Была ^ разработана и в настоящее время реализуется программа создания и освоения датчиков, в полной мере учитывающая потребности тракторостроения по представленной нами номенклатуре, в т.ч. несколько отличающиеся от потребностей автомобилестроения (в частности, для датчиков давления по диапазонам измерения, а для датчиков, устанавливаемых на двигателях - по требованиям вибропрочности) .

При окончательном рассмотрении номенклатуры контролируемых параметров было принято во внимание, что предоставляемая системой контроля информация должна служить основой принятия решений на каждой стадии работы. Фактически это сводится к информированию пользователя о готовности или неготовности к пуску двигателя или началу движения, а также о необходимости принятия экстренных мер. Такой подход в принципе позволяет обойтись минимальным числом контролируемых параметров. Кроме того, имеется возможность предъявлять информацию в виде блоков (страниц), соответствующих каждому этапу действия системы контроля - тест системы сразу же после включения ее питания от бортсети, перед пуском двигателя, перед началом движения (работы), при работе в нормальном режиме и при возникновении отклонений от нормы. Соответствующий алгоритм функционирования системы (рис. 8) легко реализуется электронной аппаратурой, особенно микропроцессорной.

Тем не менее было показано, что имеется необходимость учитывать и некоторые дополнительные обстоятельства. В ряде случаев полезно дать пользователю возможность узнать по его запросу значения некоторых параметров. Более того, минимизируя объем предлагаемой информации, можно дойти до того, что при отсутствии отклонений от нормы никакая информация не будет поступать вообще. Понятно, что это может привести к нежелательной неуверенности пользователя, не различающего нормальную работу трактора от неисправности его системы контроля. В связи с этим полезно непрерывное предъявление параметров, заметно изменяющихся и при нормальной работе, например, частоты вращения вала двигателя. Поэтому в окончательном виде алгоритм предъявления информации получил несколько более сложный вид, учитывающий цифровую индикацию некоторых параметров по выбору (по вызову).

Необходимость размещения средств визуального предъявления информации (индикаторы и сигнализаторы) на ограниченной площади передней панели кабины заставила широко использовать условные обозначения --символы. Сразу же встал вопрос их рационального размещения для быстрого и безошибочного восприятия. При его решении мы впервые столкнулись с необходимостью учитывать групповые психологические особенности того профессионального контингента, для которого предназначались создаваемые системы.

По нашему поручению и по разработанной совместно с нами методике соответствующие исследования были проведены в Белорусском филиале ВНИИТЭ под руководством Л.А.Вайнштейна. С одной стороны они стали началом плодотворного сотрудничества в течение ряда лет, в конечном итоге приведшего к достаточно цельной

ДЕЙСТВИЯ ЛОГИКА . СООБЩЕНИЕ

Рис.8. Алгоритм функционирования системы контроля, концепции эргономического обеспечения,. о которой более, подробно будет сказано нилсе. С другой стороны был получен конкретный и довольно неожиданный результат.

Для сравнения были предложены различные варианты группирования символьных сигнализаторов - по группам однородных параметров (давления, температуры, уровни и т.д.), по группам параметров узлов трактора (двигатель, трансмиссия, гидросистема и т.п.) и с расположением на мнемосхеме трактора. Оказалось, что профессиональная группа водителей-испытателей МТЗ и студентов БИМСХ показала принципиально отличающиеся от других участвовавших профессиональных групп (например, инженеры-прибористы) особенности восприятия символьной информанапример, инженеры-прибористы) особенности восприятия символьной информации. Это явилось следствием того, что выполнение последовательных действий по схеме "стимул - восприятие - опознание - решение - реакция" на каждом этапе опирается на совокупность профессиональных знаний и навыков, влияющую на скорость каждого действия. В результате было рекомендовано и в последующем использовалось размещение сигнализаторов с символами внутри мнемосхемы трактора и его основных узлов.

Вслед за этим выяснилось, что стандартизованная к тому времени на уровне международного стандарта ИСО концепция трехкомпонентого синтеза символов (среда, узел, параметр) приводит к чрезмерному разрастанию их библиотеки, затрудняющему их быстрое и безошибочное восприятие. К тому лее в зарубежной практике употребление символов, как правило, сопровождалось поясняющими надписями, в основном на английском языке. Понятно, что такой подход, да еще с надписями на русском языке, сделал бы неприемлемыми размеры приборной панели или вызвал существенное неудобство использования. Поэтому было предложено и реализовано в образцах систем двухеимвольное предъявление сигналов, при котором в определенном месте мнемосхемы, соответствовавшем конкретному узлу, предъявлялся безеимволь-ный аварийный сигнал, а отдельным рядом предъявлялся символ параметра (давление, уровень, температура, фильтр). При этом для небольшой части важнейших параметров имелась возможность вызова на цифровой индикатор клавишей с одно-, двух-или трехкомпонентным символьным обозначением (рис.9). Это позволило при контроле около 40 параметров сохранить показатели восприятия на приемзгемом уровне и разработать унифицированную конструкцию передней панели со значительным сокращением габаритов по сравнению с традиционным щитком приборов.

Для выбора характеристик звукового сигнала, которому отводится роль стимула, привлекающего внимание водителя к появившемуся визуальному сигналу, был использован подход на базе спектральных характеристик. Спектральная характеристика звукового сигнала должна выбираться так, чтобы она оказалась в основном '"вне" спектра внутреннего шума в кабине, что позволяет обеспечить приемлемое восприятие сигнала при его относительно/невысокой интенсивности.

Эти результаты позвонили Провести разработку образцов систем для практически всех выпускавшихся тогда тракторов, начиная с кл. 1,4, на основе единого аппаратного решения. При этом впервые в отечественной практике была использована технология пленочных панелей со встроенной клавиатурой на псевдосенсорной основе, которая обеспечивает ряд значимых преимуществ перед другими возможными решениями (в настоящее время по существу только она и применяется в электронной аппаратуре зарубежных тракторов). Были спроектированы, изготовлены и переданы заводам для

1 * 1 (II» о i * ■ ЦТ

П. ; V JB I] Q Г*П •■■■ □ А """^"jiijk«

V VT » t4 ч KM "a

Рис.9. Графическое решение передней панели системы контроля (вариант для трактора ДТ-175С). Сверху слева - символы ситуаций (слева направо: недостаточный уровень, забивание фильтра, недостаточное давление масла, перегрев, чрезмерно высока я частота вращения). Внизу справа клавиши вызова и управления (слева направо и сверху вниз: скорость, частота вращения вала двигателя, частота вращения ВОМ, напряжение аккумуляторной батареи, давление масла в системе смазки двигателя, температура охлаждающей воды, давление масла в трансмиссии, запас топлива, регулятор яркости свечения индикации, наработка двигателя, пробег, резерв). испытаний опытные образцы и утверждено согласованное со всеми конструкторскими организациями отрасли техническое задание. В последующем оно стало составной частью концепции комплексной автоматизации на базе бортового компьютера, разработка которой описана ниже.

Еще в начале этих работ стало очевидным, что в числе контролируемых параметров имеются требующие немедленного реагирования при выходе за допустимые пределы. К ним относятся давление масла в системе смазки двигателя, температура двигателя и некоторые другие. Было предложено, не дожидаясь завершения разработки полноценных систем контроля, создать относительно более простые и дешевые средства автоматической аварийной защиты, работающие по ограниченному числу наиболее. критичных параметров, к которым были отнесены падение давления в системе смазки двигателя, перегрев двигателя и недопустимое превышение частоты вращения его вала.

Основные вопросы этой задачи носили также не теоретический, а методический характер. Предусматривая двухступенчатое действие системы - сначала предупреждение о возникшей аварийной ситуации, а затем принудительную остановку двигателя, необходимо было разработать алгоритм системы дяя всех возможных условий работы трактора, в том числе и на транспортных режимах по дорогам общего пользования, найти надежный способ остановки двигателя и решить ряд схемно-параметрических вопросов. Главное же заключалось в методическом подходе к нахождению аргументов, подтверждающих экономическую целесообразность применения такой системы.

Разработка этой системы иод условным обозначением САЗД (система аварийной защиты двигателя) была организована в Сибирском отделении НАТИ (ныне - Институт автоматизации агропромышленных объектов). В ее ходе удалось получить удачные решения всех необходимых вопросов. Была разработана автоматическая пусковая блокировка защиты по давлению масла, не препятствующая пуску двигателя и не требующая никаких действий водителя по приведению системы в рабочее состояние после пуска двигателя - эта защита включалась автоматически после пуска двигателя, причем сигналом о начале работы двигателя служили пульсации напряжения в цени питания, что исключило обязательную необходимость комплектовать систему датчиком частоты вращения. Из нескольких возможных вариантов был выбран наилучший способ принудительной остановки двигателя прекращением доступа топлива через электромагнитный клапан, на разработку которого было выдано техническое задание, успешно реализованное в ЦНИТА.

Для подтверждения экономической целесообразности применения САЗД была предложена и с одобрения заказчика включена в программу государственных испытаний методика экспертизы двигателей, поступающих в ремонт на специализированные региональные предприятия. По ее результатам было установлено, что массовое применение САЗД может сократить поступление в ремонт двигателей с недоизрасходован-ным ресурсом, из которых от 30 до 35 % ремфонда составляли двигатели со следйми работы с недостаточным давлением масла в системе смазки или п-ерегревом.

Эти оценки и успешное проведение приемочных испытаний САЗД на 6 машиноиспытательных станциях обеспечили принятие решения о постановке этой системы на производство. Оно было начато в 1988 году для Волгоградского и Павлодарского заводов. Электронный блок выпускался в Болгарии на заводе ЗБНА, а электромагнитный клапан принудительной остановки двигателя - в Алтайском моторостроительном ПО.

Организация производства САЗД как первой электронной системы отечественного тракторостроения потребовала решения совершенно новых для нас организационно-методических вопросов. Из них особого упоминания заслуживает комплекс вопросов обеспечения качества, в числе которых была организация системы идентичного контроля электронных блоков как у изготовителя, так и у заводов-потребителей.

К сожалению, производство САЗД в Болгарии с 1992 года прекращено. Всего было выпущено около 200 ООО комплектов. Тем не менее опыт, накопленный при ее разработке и организации производства, содержит множество сведений, которые неминуемо окажутся полезными для решения аналогичных вопросов в будущем. В их числе порядок разработки и согласования технических условий поставки и упомянутая ор-. ганизация двухсто роинего контроля, а также методика наблюдения за эксплуатацией впервые освоенных средств.

При оценке состояния этого направления необходимо подчеркнуть, что применение таких систем (электронных приборных щитков) является в зарубежном тракторостроении наиболее распространенным, в том числе в качестве штатного оборудования многих моделей. С одной стороны это расширяет возможности инструментального контроля за состоянием агрегатов и систем трактора, позволяя, в частности, в ряде случаев перейти от обслуживания по периодическому регламенту к обслуживанию по . потребности. С другой стороны не следует отрицать некоторого рекламного оттенка из-за очевидности присутствия такой системы на тракторе как явного признака современного технического уровня, дизайна и т.п. Наконец, такие системы проще всего становятся штатным базовым ядром для дальнейшего развития номенклатуры устанавливаемых на трактор средств автоматизации. В связи с этим, как показано ниже, такие системы нами также отнесены к первоочередной номенклатуре. При этом выбор номенклатуры контролируемыых параметров должен быть произведен на основе предложенного понятия об интегральных параметрах после окончательного выбора конструктивных решений новых моделей тракторов, в связи с чем в рамках данного доклада конкретные рекомендации не приводятся, хотя применительно к конкретным моделям или семействам типовые наборы нами разработаны.

Что касается системы аварийной защиты как самостоятельного изделия, следует отметить, что, к сожалению, ни НАТИ, ни освоившим ее заводам не удалось организовать изучение результатов эксплуатации тракторов с этими системами. Имеющаяся информация противоречива и отрывочна. Тем не менее можно считать, что применение таких систем продолжает заслуживать внимания, особенно на тракторах низких тяговых классов при их использовании в фермерских хозяйствах с семейной организацией работы (на тракторе могут работать члены семьи владельца, не обладающие квалификацией, достаточной для эффективного контроля за возникновением неисправностей).

1.4. ИНФОРМАЦИОННО-СОВЕТУЮЩИЕ СИСТЕМЫ.

Рассмотренные выше аппаратные средства предъявляют информацию двух ви- ■ •' дов. Либо это аналоговое или цифровое предъявление изменяющейся величины некоторого параметра, либо сигнал о том, что некоторый параметр стал больше или мень- , ше установленного заранее порогового значения (возможны по некоторым параметрам и оба вида вместе). Однако возможности электронных средств позволяют также вы- ' рабатывать и предъявлять на основе первичных измерений определенные рекомендации по управлению трактором. Системы, вырабатывающие такие рекомендации, принято называть информационно-советующими или просто советующими. При этом могут применяться достаточно сложные программы, содержащие алгебраические, логические и временные соотношения в пределах системы команд процессора. Однако поскольку зд оператором остается право выбора принять или не принять предлагаемую рекомендацию, которое он реализует с привлечением дополнительной неинструмен-; \ тальной информации и прогнозирования, программное обеспечение советующих си- ;•" стем может не претендовать на абсолютную оптимизацию, опираясь на менее точные,/

I С г. но более простые алгоритмы, и благодаря этому вписывается в относительно недоро-1 гие аппаратные решения.

Поэтому было принято, что советующие системы могут занимать в проблеме автоматизации промежуточное положение между информационными и управляющими системами. Целесообразность применения советующих систем возникает там, где переход к управляющим системам или слишком дорог по аппаратному обеспечению, или попросту нереален.

Применительно к современному сельскохозяйственному трактору область применения советующих систем довольно узка. В основном она сводится к выбору режимов работы двигателя по нагрузке и частоте вращения, который основан на обработке результатов измерения текущих значений этих параметров.

Напомнив, что нагрузка в основном регулируется переключением передач, можно указать на два варианта пользования. Если трактор имеет трансмиссию, допускающую переключение на ходу под нагрузкой, рекомендации могут быть более оперативными и иметь вид прямых директив по переключению в ту или иную сторону. При этом, однако, необходимо избегать чрезмерно частого появления этих директив, чтобы не вызвать негативной реакции оператора.

Если трактор оборудован обычной трансмиссией, рекомендации должны быть более взвешенными на основании более длительных интервалов наблюдения и усреднения. Использование этих рекомендаций сводится к выбору передачи, обеспечивающей приближение средней загрузки двигателя к оптимуму.

Эффективность советующей системы по выбору передач оценивается по аналогии с результатами испытаний многих различных образцов так называемых сигнализаторов нагрузки повышением производительности на 5-10 % и примерно таким же снижением расхода топлива на каждый обработанный гектар. Кстати говоря, при испытаниях описанного в разделе 1.2 макета, основным назначением которого была проверка предложенных методов измерения нагрузки и самонастройки, были получены данные о повышении производительности на вспашке на 6-7%.

Определенный эффект ожидается и от советующих систем более узкого назначения. Так, если работа трактора сопровождается частыми остановками при отсутствии прямого сгартерного пуска двигателя, который не глушится при остановках, с целью сохранения ресурса двигателя и избежания неисправностей типа закоксовывыания форсунок можно обеспечить подсказку о переходе на пониженный скоростной режим, об истечении определенного времени стоянки и т.н. Просматривалась и выработка рекомендаций по проведению необходимого обслуживания как на основе учета длительности работы, так и по результатам совместного анализа параметров технического состояния.

Из этих соображений в 1986 году была начата разработка такой системы с условным обозначением ИСТ (информационная система трактора) для трактора Т-150К. Кроме НАТИ, в этой работе активно и плодотворно участвовали УНИИМЭСХ (Л.И.Гром-Мазничевский), БФ ВНИИТЭ (Л.А.Вайнштейн и Л.Н.Стожарова), ГСКБ ХТЗ (С.Л.Абдула и И.А.Скрыпник) и Институт радиоэлектроники в Софии (В.Волчанов, Г.Тановский). В ходе разработки обнаружилось наличие ряда специфических вопросов, требовавших углубленной проработки и не опиравшихся на известные теоретические и методические предпосылки.

В отличие от управляющих систем с хорошо разработанными приемами анализа и синтеза, советующие системы, предусматривающие наличие и активное действие человека, не имели таких приемов. Это заставило тесно увязывать алгоритм выработки директив и конструктивные решения по средствам предъявления визуальной и звуковой информации с эргономическими соображениями, учитывающими особенности Г человеческого восприятия в условиях работы на тракторе, и уделить повышенное вни- ч мание испытаниям в натурных условиях. В результате удалось обеспечить достаточно § динамичные, но не назойливые рекомендации по переключению передач, без особых ^ усилий воспринимаемые водителем благодаря сочетанию визуальных и звуковых сиг- к налов.

В методическом плане эти результаты стали отправной точкой для развития в ' концепцию эргономического обеспечения. Кроме того, стало возможным сформулировать общие рекомендации по созданию информационно-советующих систем, содержащие требования к средствам индикации, органам управления и динамическим характеристикам. ,г

Было подчеркнуто, что эффективность использования информационно-советующих систем связана с наличием у пользователя стимулов .для производительной *-и экономичной работы (понятие "заинтересованного пользователя"). Использование в } этих системах таких современных средств, как микропроцессоры (в наиболее совер- у-, шенной форме однокристаяльных микро-ЭВМ) поволяет без увеличения стоимости ^ аппаратуры и при достаточно ограниченной номенклатуре датчиков реализовать до- ч' волнительно целый ряд функций контроля, аварийной защиты и даже диагностики. В частности, наряду с аварийной защитой по давлению масла в системе смазки двигателя, с*. по перегреву двигателя и по недопустимому увеличению частоты вращения его вала ^ была реализована актуальная для тракторов такого типа функция сигнализации о буксовании фрикционных элементов трансмиссии. Она опиралась на сравнение суммар- л ных углов.поворота выходного вала коробки передач или ВОМ за соседствующие ин- Л тервалы времени, в течение которых коленчатый вал двигателя поворачивался на один и тот же заданный суммарный угол. Для оценки в условных единицах мощности двигателя могло определяться угловое ускорение разгона его вала до максимальной частоты холостого хода. ^

Отработка этой системы стала источником опыта по организации коллективной ^ работы, в которой присутствовали как персональная ответственность и право при- ^ нятия решений но порученному кругу вопросов, так и групповая деятельность. При ней использовались такие способы, как консенсус и мозговой штурм, что позволило быстро находить в каждом случае наилучшие решения.

Разработанные по согласованному с ХТЗ техническому заданию образцы ИСТ успешно прошЯи заводские испытания. К сожалению, и эта работа была прервана на стадии подготовки к выпуску опытной партии для приемочных испытаний.

Перспективы этого направления можно указать с учетом как нашего, так и зарубежного опыта. Понимая, что такие системы уступают по эффективности системам управления, но существенно дешевле, следует считать, что здесь может проявиться специфический потребительский контингент и необходимо сохранять готовность удовлетворить спрос, для чего в программах создания и освоения средств автоматизации целесообразно предусматривать место для информационно-советующих систем если не в первоочередной номенклатуре, то и не в очень далекой перспективе. Еще более целесообразным может оказаться введение некоторых советующих функций (например, по выбору передачи) в системы контроля и аварийной защиты.

1.5. ИЗМЕРЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ.

Измерение действительной скорости движения тракторов и вытекающие из него возможности определения буксования и учета пройденного пути и обработанной площади распространились в зарубежном тракторостроении в середине 80-х годов. Преимущественное распространение получили радарные датчики на основе эффекта Доп-плера с использованием радиоизлучения с длиной волны от 3 см и менее (частоты от 10 ГГц и выше). Разработка системы измерения действительной скорости с таким датчиком была начата нами совместно с болгарскими специалистами по планам совместного предприятия "Агроавтоматика" в 1987 году. Она завершилась выпуском опытной партии универсальных информационных систем (УИС) в количестве 100 штук, которая с 1993 года распространяется в опытную эксплуатацию преимущественно на тракторах К-701 и К-701М в сотрудничестве с фирмой "Кировец-сервис".

Не останавливаясь на особенностях решения аппаратных вопросов, решавшихся в основном под руководством В.С.Хаби, в данном докладе освещаются вопросы, связанные с обеспечением потребительских свойств разработанной системы, оправдывающих ее применение на тракторах различного назначения. Для этого необходимо было сформулировать такие технические требования к характеристикам системы, которые бы обеспечивали достоверную и полезную информацию, позволяющую повысить эффективность работы трактора. Необходимо было также найти способы использования этой информации в наиболее доступной для рядового пользователя форме (что, по нашему мнению, не. решено ни в одной зарубежной системе аналогичного назначения).

Понимая, что в пределах приемлемых по аппаратной стоимости решений вряд ли достижима точность измерения лучше 2 %, необходимо было определить нижний предел измеряемой скорости (для допплеровского способа измерений именно эта величина является критичной) и оптимальную величину времени усреднения. Было установлено, что для сельскохозяйственных тракторов вполне приемлемы нижний предел 3 км/час (в УИС точность не хуже 2 % обеспечивается от 2 км/час) и время усреднения 2 секунды. Применительно же к тракторам промышленного назначения, в которых это измерение предполагалось использовать в системах управления с высокими требованиями к динамическим характеристикам, нижний предел был установлен равным 0,2 км/час, а время усреднения - 0,2 сек (в ходе последующей разработки системы измерения специально для этих целей при испытаниях экспериментальных образцов на ЧЗПТ на скорости 0,1 км/час была получена точность лучше 1,5%).

Для уверенного обеспечения требуемой точности не только самой действительной скорости, но и теоретической скорости для определения буксования, был предложен и реализован алгоритм калибровки, не имеющий аналогов ни в одной из известных зарубежных систем. Он заключается в получении и запоминании поправочных коэффициентов по обоим каналам измерения одновременно, что исключило влияние на точность измерения таких факторов, как неточность установки радарного датчика по наклону к опорной поверхности, вариации радиуса шин и постоянный продольный наклон остова. Последующий опыт показал, что проведение калибровки в эксплуатационных условиях не вызывает никаких затруднений. .

Особого внимания потребовала разработка рекомендаций по использованию информации, предоставляемой УИС, для рационального управления режимами работы трактора. В конечном итоге они свелись к приемам выбора рабочей передачи и преодоления кратковременных скачков буксования.

Опыт показал, что трактористы даже средней квалификации легко усваивают эти рекомендации и охотно пользуются предложенными приемами. Оценка эффективности работы с рекомендованным применением УИС производилась при испытаниях как в специализированных испытательных организациях, так и в хозяйствах. Было установлено, что выполнение таких рекомендаций на различных тракторах и работах приводит к повышению производительности от 5,9 до 19%, а погектарный расход топлива снижается от 4,8 до 13,2 %.

Теоретические основы этих рекомендаций вытекают из рассмотрения тяговых характеристик тракторов при допущении, что рассматриваются изменения тяговой нагрузки в пределах, позволяющих считать буксование пропорциональным ее значению. В этом случае оказывается, что информация о действительной скорости и буксовании позволяет маневрировать передачами, обеспечивая оптимизацию по максимуму тяговой мощности. Более того, проработки последнего времени показали возможность построения советующей системы с автоматическим вычислением условий выдачи рекомендаций по такому маневрированию.

Дальнейшее развитие в этом направлении просматривается в еще более эффективном управлении с точки зрения ограничения буксования. Предложено дополнить два контура, описанных в разделе 1.2, третьим, в котором будет вырабатываться задание по теоретической скорости с учетом недопущения выхода буксования на участок резкого возрастания. Определено, что для такого контура понадобится информация о действительной скорости, буксовании и тяговой нагрузке. Особая целесообразность такого управления увязана с возникшими в последнее время предложениями о создании экологически чистых тракторов с повышенными требованиями к уровню вредных воздействий на окружающую среду, в частности, на почву.

Применительно к промышленным тракторам: рассматривались наиболее рациональные направления использования измерений действительной скорости в системах управления. Для бульдозерных агрегатов был разработан и принят ЧЗПТ алгоритм, основанный, на оптимальном управлений давлением и ходом цилиндров заглубления по максимуму тяговой мощности. Для колесных погрузчиков и бульдозеров Кировскому заводу было предложено разработать систему ограничения буксования для снижения износа шин. В настоящее время эти предложения изучаются специалистами заводов и предполагается приступить к их реализации в ближайшее время.

Итоговая оценка этого направления показывает, что оно должно находиться в числе первоочередных как по степени готовности к массовому освоению, так и эффективности влияния на повышение потребительских свойств тракторов. Не случайно в зарубежном тракторостроении мониторы с измерением действительной скорости и вычислением и контролем буксования получили очень широкое распространение. Хотя упомянутую опытную партию УИС еще не удалось разместить в объеме, позволяющем получить дополнительное подтверждение эффективности, в связи с резким сокращением производства тракторов К-701 иК-70!М, а других мощных колесных тракторов в России не производится, целесообразность продолжения подготовки производства средств измерения действительной скорости сомнений не вызывает.

1.6. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ТРАКТОРОВ.

В конце 70-х годов в НАТИ и его подразделениях велись работы практически по всем известным в то время направлениям автоматизации тракторов. Возникла потребность в единстве методологического подхода, которое могло быть обеспечено только в рамках систематизации задач и методов их решения в форме единой целевой комплексной программы.

Такая работа была организована совместно с ВИСХОМ и рядом НИИ и ВУЗ'ов в 1978 г. В результате была разработана программа, включавшая систематизацию работ на основе дерева целей, а также единую методологию разработок, испытаний и технико-экономической оценки различных средств автоматизации сельскохозяйственной техники и комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению ее выполнения.

Была также выполнена прогнозная оценка экономической эффективности применения различных средств автоматизации. Оказалось, что наибольшего эффекта следовало ожидать от комплексного использования этих средств, при котором результирующий эффект превосходил сумму эффектов от применения отдельных средств.' В связи с этим на повестку дня был поставлен вопрос комплексной автоматизации, в частности, сельскохозяйственных МТА.

Решение этого вопроса началось с попытки собрать на одном тракторе все имевшиеся к тому времени системы в их самостоятельном исполнении. Предполагалось, что при этом удастся исследовать взаимовлияние систем и определить конструктивные направления их объединения на общей аппаратной базе. Однако такая постановка оказалась неосуществимой ни с технической, ни с организационной сторон. Стала очевидной потребность в разработке концепции комплексной автоматизации, включающей как теоретические и методические предпосылки, так и разработку базовых конструктивных решений.

В теоретическом плане были рассмотрены особенности, возникающие при одновременном действии всех возможных систем автоматического управления. Было установлено, что в основном они вполне совместимы, за исключением сочетания системы регулирования загрузки двигателя и системы регулирования положения навесного устройства по тяговому усилию. Это сочетание при реальных динамических характеристиках каждого контура неизбежно приводило к возникновению недопустимых автоколебательных процессов с низкой частотой.

Дальнейший анализ показал, что единственным средством, обеспечивающим одновременную бесконфликтную работу этих систем, является переход к регулированию положения навесного устройства непосредственно по глубине (высоте) хода рабочих органов относительно опорной поверхности. Одновременно это устранило бы известное противоречие между стабильностью поддержания глубины обработки и эффективностью регулирования по снижению буксования, свойственное силовому регулированию. Можно было ожидать и расширения области применения такого регулирования, например, на навесные уборочные машины. При этом все эффекты от перераспределения вертикальных усилий, проявляющиеся в форме догрузки ведущих колес, сохраняются в полной мере.

Понимая, что реализация такого подхода тесно связана, с наличием достаточно недорогих, но точных средств измерения положения рабочих органов относительно опорной поверхности, нами был проведен анализ принципиальных возможностей создания таких средств. В результате был предложен на уровне изобретения способ измерения, при котором без механического контакта с опорной поверхностью может быть обеспечена достаточная точность, а электрический сигнал на выходе соответствующего датчика имел бы вид колебаний с периодом, пропорциональным измеряемой величине, что наиболее удобно для сопряжения с электронной аппаратурой цифровой обработки информации. Это достигается тем, что на опорную поверхность направляется излучение (электромагнитное или ультразвуковое), прерываемое отраженным сигналом, который, в свою очередь, прекращается при отсутствии излучения, благодаря чему оно возобновляется до следующего прихода отраженного сигнала. В результате устанавливается колебательный процесс с периодом, примерно равным четырехкратному времени прохождения излучения в одну сторону - на измеряемое расстояние.

Было рассмотрено информационное содержание систем контроля и управления. Считая, что для каждой системы вполне определены все входные сигналы, необходимые .дня максимального приближения к оптимальным показателям, была установлена номенклатура сигналов (измеряемых параметров), используемых более чем в одной системе. Очевидная нецелесообразность иметь для таких систем независимое измерение этих параметров привела к необходимости орг анизации информационного обмена на основе общей шины данных (к такому же выводу независимо от нас пришли специалисты ГДР в 1986 г.).

Учитывая, что уже в то время единственно возможной аппаратной базой комплексной автоматизации являлось использование микропроцессорных средств, возникла задача архитектуры комплекса систем контроля и управления. Она решалась под нашим руководством в Сибирском отделении НАТИ. Было предложено строить архитектуру комплекса на базе унифицированных микропроцессорных модулей, каждый из которых благодаря соответствующим программному обеспечению и интерфейсу выполняет свою собственную функцию. Такой же точно модуль функционирует в качестве центрального процессора. При этом возможно применение и неунифицирован-ных модулей, если они имеют согласованный по единому протоколу обмен с общей шиной.

Был предложен протокол типа CAN (Computer Area Network), как наиболее удобный для данного случая. Как оказалось впоследствии, к аналогичному решению пришли специалисты США, Германии и Великобритании, предложившие версии такого протокола для стандартизации в рамках ИСО, где создан подкомитет по сельскохозяйственной электронике.

Неодинаковые условия использования тракторов в хозяйствах различных почвен-но-климатических зон и направлений (а в последнее время - и различных форм собственности) предопределили нецелесообразность единообразного комплектования системами. Поэтому нами были введены понятия штатного и заказного наборов функций контроля и управления. В связи с этим были предложены базовые конструктивные решения, позволяющие не только выпускать комплекты с различным набором функций, но и расширять этот набор непосредственно в эксплуатации приобретением и установкой дополнительных модулей.

Были рассмотрены вопросы эксплуатационных требований к аппаратным средствам комплекса. Особое внимание было уделено виброударным нагрузкам- и климатическим условиям.

Для уточнения уровня виброударных нагрузок были проведены специальные исследования. Было установлено, что в тех местах кабин гусеничных и колесных тракторов, где целесообразно устанавливать электронную аппаратуру, уровень этих нагрузок существенно ниже уровня, принимавшегося до сих пор на основе стандартов на автотракторное электрооборудование.

По климатическим условиям эксплуатации определенные затруднения были вызваны действующими техническими требованиями к сельскохозяйственным тракторам, вытекающими из принятой у нас практики зимнего использования. Обеспечение климатического исполнения "У" с нижним пределом рабочей температуры воздуха -40 град.С, принципиально достигаемое, приводило к существенному удорожанию используемой элементной базы, которая к тому же производилась в ограниченных количествах. В связи с этим потребовался анализ функций контроля и управления с точки зрения температурных условий их выполнения. Было установлено, что подавляющее большинство этих функций реализуется или только при выполнении полевых работ в теплое время года, или после достаточного прогрева двигателя и объема кабины. Для незначительной части функций, которые были названы "холодными" (например, предпусковой контроль двигателя или пусковая блокировка защиты по давлению масла), было предложено реализовывать их специальными относительно недорогими аппаратными решениями.

Эти рекомендации позволяют при массовом освоении систем существенно понизить себестоимость производства. Это понижение ожидается как за счет более дешевой элементной базы, так и за счет существенного снижения трудоемкости и стоимости контрольных испытаний и уровня выбраковки изделий.

Важным принципиальным методическим результатом разработанных подходов стало существенное изменение самого характера работ по созданию средств автоматизации. Так как преимущественной элементной базой стала микропроцессорная техника, стало возможным решать любые, в т.ч. совершенно новые задачи на базе ограниченного числа типовых схемно-аппаратных решений, переводя основное внимание на программное обеспечение и организацию соответствующего интерфейса, т.е. необходимого по составу и характеристикам набора входов и выходов. Возникла возможность ставить и решать ранее недоступные по сложности аппаратурной реализации задачи взаимодействия между подсистемами или организации новых подсистем.

Была рассмотрена возможность управления тяговыми режимами трактора в условиях возможности локальных снижений несущей способности почвы по горизонтальному сдвигу, характерных для ранневесенних работ и приводящих к недопустимым местным повреждениям почвы. Зная, что резкое в таких случаях увеличение буксования (иной раз до полной остановки, т.е. до 100 %) может быть предотвращено уменьшением частоты вращения колес, было предложено к управлению МТУ по скоростным и загрузочным режимам и к регулированию положения навесного устройства добавить дополнительный контур (эти предложения упомянуты в разделе 1.5). Он должен по обнаруженному росту градиента буксования по тяге снижать задаваемую теоретическую скорость (частоту вращения колес), а в качестве экстренной меры предусматривать и временное частичное выглубление орудия. Такой контур был предложен в рамках концепции экологически чистого трактора. Его работа может быть обеспечена только за счет дополнительного программирования указанных систем управления (считая их существующими подсистемами комплекса).

Наше внимание привлекли, вопросы контроля качества выполнения операций (работ). К тому времени производился целый ряд специализированных средств такого контроля, преимущественно для посевных и некоторых видов уборочных машин. Было очевидно, что напрашивается универсальное решение, позволяющее в едином конструктиве и программном обеспечении работать с любыми прицепными или навесными орудиями, оборудованными электронными средствами контроля и управления. Совместно со специалистами ВИСХОМ (А.И.Викторов, Б.М.Ломакин) был проведен анализ существующих и перспективных средств с целью выработки требований к подсистеме универсального технологического контроля. Эти требования, а в последующем и техническое задание были согласованы в рамках мнотвстороннего сотрудничества стран-членов СЭВ. При этом удалось свести все разнообразие контролируемых при работе агрегатов различного назначения {посевные, уборочные и т.д.) параметров к универсальному набору сообщений о нарушениях технологического процесса, требующих немедленного вмешательства для восстановления нормального режима работы. Благодаря такому подходу обеспечена возможность контролировать с помощью одного и того же набора аппаратно-программных средств работу агрегата любого состава и назначения, унифицировав к тому же и оснащение машин-орудий первичными преобразователями (датчиками).

По этим требованиям предусматривалось сведение всей разнообразной информации о возможных отклонениях технологического процесса к набору типовых сообщений. Для стыковки с различными машинами они, кроме предусмотренных для них датчиков и исполнительных механизмов, зачастую очень специфичных, должны были комплектоваться преобразователями, обеспечивающими обмен информацией с аппаратурой на тракторе по единому протоколу. Было предложено в качестве таких преобразователей использовать те же самые модули, которые составляют комплект бортовой аппаратуры на тракторе.

Из числа потенциально возможных новых подсистем могут быть упомянуты две, объединяемые целевой установкой на повышение безопасности использования тракторов, особенно колесных. Рассмотрена возможность существенного улучшения сигнализации об опасности опрокидывания, остающегося одной из весомых причин травматизма, в частности, летального. Существующая сигнализация по крену не обеспечивает своевременного предупреждения, являясь по своей природе статической. Переход к более совершенной динамической сигнализации обещает получение упреждающего сигнала и снижение вероятности опрокидывания.

С этой целью А.К.Горохов под руководством автора разработал принципиально новый подход. За критерий оценки принято сравнение энергий - приращения потеци-алыгой энергии, необходимого для прихода трактора в состояние неустойчивого равновесия, и кинетической энергии, которой он обладает в данный момент. Для определения последней предложена система измерения на базе косопоставленных датчиков действительной скорости. Ситуация признается опасной, если сравнение энергий предупреждает о возможном опрокидывании еще до наступления предельно допустимого крена.

Рассмотрена возможность существенного улучшения тормозных свойств тракторных поездов, особенно с несколькими прицепами. Применение электропневмопривода тормозов прицепов с электронным управлением обещает сокращение тормозного пути и опасности складывания поезда при экстренном торможении. Разработаны алгоритмы такого управления и схемы электропневмопривода (ответственный исполни- ' тель - Э.В.Саркисян), обеспечивающие опережающее торможение прицепов.

Особое внимание было обращено на организацию эффективного взаимодействия комплекса с человеком-оператором. В развитие положений, сформулированных ранее для систем контроля, было предложено выдавать визуальную информацию в виде блоков-страниц следующих видов: тест систем, предпусковой контроль, предрабочий контроль, нормальная работа, недопустимое отклонение. Были проработаны дизайн-концепции применения перспективных средств визуального предъявления информации в виде точечно-матричных индикаторов (экранов, дисплеев). Экспериментальная проверка и подтверждение таких концепций были выполнены по нашим рекомендациям специалистами УУи 2Т8 (г. Мартин, Чехословакия) с использованием электроннолучевого монитора "Филлипс" на тракторе "Зетор-Кристалл".

На основании выполненных работ составлен ряд нормативных документов. В 1987 г. по поручению Бюро по машиностроению СМ СССР была организована межведомственная группа под руководством д.т.н. С.Н.Хрущева с участием автора (представлявшего вместе с А.И.Викторовым Минсельхозмаш), которая разработала концепцию единого подхода к комплексной автоматизации мобильных объектов, в которой были приняты наши предложения по характеристикам микропроцессорных контроллеров как типовых аппаратных средств. Было утверждено единое техническое задание на их разработку и проведен конкурс проектов и образцов, в ходе которого автор являлся ведущим экспертом от Минавтосецьхозмаша по тракторам и сельскохозяйственным машинам. Несколько позже было утверждено разработанное Инженерным центром НАТИ "Сельхозмашавтоматика" (в последствии - НПО "Сельхозмашавтоматика") техническое задание на комплекс аппаратных и программ-ныых средств, получивший название единого бортового компьютера. В 1990 г. специалистами действовавшего в то время совместного с Болгарией предприятия "Агроавтоматика" был разработан проект "Деметра" аналогичного содержания и назначения.

В настоящее время разработки в этом направлении продолжаются в НПО (ныне АО) "Сельхозмашавтоматика".

Необходимо отметить, что в зарубежном тракторостроении, несмотря на большое опережение в развитии электронного оборудования тракторов, пока не просматриваются сколько-нибудь заметные тенденции комплексирования систем различного назначения. До последнего времени (включая тракторы, показанные в Париже весной 1993 г. на международном салоне СИМА-93) на тракторах устанавливаются отдельные, практически не взаимодействующие между собой системы (если не считать распространяющееся использование информации о буксовании при регулировании положения навесного устройства), однако доля моделей, оснащаемых этими системами, довольно велика (рис.10). Учитывая, что никаких конструктивно-технологических ограничений сегодня больше не существует, такую ситуацию можно объяснить только отсутствием теоретического и методического задела, аналогичного описанному выше.

В 35-80 |1.р

080-120 Ь.р. >120 Ь.р.

20%Я!" 11§ гаПга

I II III IV V VI

Рис.10. Процент числа моделей, оснащенных средствами автоматизации ( I- системы контроля, II - регуляторы навесных систем, III - мониторы с радарными датчиками, IV -системы управления коробками передач, V - системы управления приводом переднего ведущего моста, VI - моторная автоматика) по группам мощностей двигателя.

Потенциальное развитие этих положений рассмотрено с точки зрения возможности и целесообразности создания трактора-робота для выполнения сельскохозяйственных полевых работ без человека на борту. Показано, что единственной технической трудностью, не преодоленной и до настоящего времени, является отсутствие надежной системы автоматического вождения с полной программой выполнения рабочих ходов и разворотов, хотя проведенные в свое время разработки по радионавигационным средствам определения текущих координат МТА и сулят некоторые надежды в этом вопросе. Главное же заключается в том, что применение таких тракторов потребует радикального изменения самой организации работ по всем составляющим технологического процесса.

1.7. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЕДЕНИЮ РАЗРАБОТОК.

Теория и практика разработки средств автоматического контроля и управления накопили достаточно много проверенных рекомендаций. Однако они, как правило, имеют достаточно общий вид. Поэтому для тракторов и машинно-тракторных агрегатов результаты наших работ позволяют конкретизировать и систематизировать общие рекомендации как для развития уже определившихся направлений, так и для решения новых задач, которые неизбежно появятся как следствие принципиально новых рещений в тракторостроении - новые виды двигателей, трансмиссий, ходовых систем и других узлов и механизмов.

По существу эти рекомендации составляют единый систематизированный комплекс методов анализа и синтеза различных систем. Он основан на едином подходе -средства автоматического контроля и управления рассматриваются как инструмент повышения потребительских свойств трактора

Напомнив, что целесообразность автоматизации возникает там, где обнаруживается информационный дискомфорт, каждая постановка должна изначально просматриваться именно с точки зрения ликвидации этого дискомфорта. С этих позиций и должны в каждом конкретном случае предлагаться целевые функции, сформулированные по схеме "механизм (функция) контроля или управления - информационное обеспечение этой функции и его согласованность с возможностями человека-оператора - возможности улучшения потребительских (эксплуатационных) свойств трактора при повышении качества выполнения этой функции - возможности существующих или перспективных аппаратных средств для такого повышения". Как видно, исходным пунктом для формулирования задачи и ее целевой функции являются конструктивные особенности того или иного типа трактора, его назначение и выявленные информационные дискомфорты. Что касается последних, то следует иметь в виду, что они могут проявляться как с самого начала работы, так и после некоторого утомления человека-оператора. в ее ходе.

Не останавливаясь на возможных иллюстрациях этих положений, особенно ярких в задачах автоматизации вождения, такая схема приводит к совершенно определенному принципиальному положению - целевая функция в каждом случае должна однозначно указывать на улучшение эксплуатационно-технологических показателей трактора (а именно они и являются его потребительскими свойствами) по сравнению с исходными значениями. При этом, учитывая разнообразность использования тракторов, особенно в сельскохозяйственном производстве, должна быть очерчена область работ (операций), в которой может использоваться рассматриваемое средство автоматизации. Обязательной является прогнозная оценка влияния этого средства на такие факторы, как производительность, расход ГСМ и других ресурсов, качество выполнения работ, комфорт и безопасность и воздействие на окружающую среду. Сформулированная таким образом целевая функция сразу же предопределяет необходимую системность и обеспечивает снижение риска экономической нецелесообразности.

В практике создания средств автоматического управления целевая функция обычно прямо или через относительно несложные выкладки выводит на формулировки критериев оптимизации характеристик создаваемых систем. Наши задачи в этом смысле не составляют исключений, если не считать специфической, но важной особенности. Напомнив, что выражения критериев представляют собой, как правило, формализованный компромисс в виде некоторой функции, для которой ищется экстремальное значение внутри области наложенных ограничений, необходимо в каждом случае указывать, каким образом на значение этой функции влияют конкретные параметры трактора как объекта управления и самой системы управления. При этом следует иметь в виду, что принимавшиеся обычно приемы оптимизации по быстродействию, энергозатратам управления и т.п. мало пригодны для систем управления тракторами, если в каждом конкретном- случае не удается довести оптимизируемые показатели до прямых эксплуатационных оценок.

Так, для систем автоматического вождения самым простым случаем с этой точки зрения является вождение по рядкам растений при междурядной обработке. Здесь достаточно стремиться к минимизации ошибки слежения при наложенных ограничениях (в последнее время А.В.Черницер и А.Я.Калинов развили эту задачу на все случаи управления, включая ручное, и показали вариативность выбора из трех целей - минимум ошибки, максимум скорости или минимум интенсивности воздействий на рулевое управление).

В случае вождения по следу предыдущего прохода, как показано выше, соответствующие зависимости гораздо сложнее. Для системы управления загрузкой критерием должен являться максимум средней реализованной мощности, т.е. максимум производительности.

Гораздо сложнее оптимизация информационно-советующих систем. Выше было показано, что предлагаемая ими информация ни в коем случае не должна быть избыточной и навязчивой. Однако в оценке любой такой системы с этой точки зрения невозможно уйти от неизбежной субъективности, вытекающей из различий квалифика- ч ции, мотивации и психо-физического состояния оценивающего пользователя. Поэтому самым разумным здесь является обеспечение некоторой гибкости за счет возможной поднастройки параметров системы самим пользователем по его желанию в каждый мо-, мент времени. Но для этого, по-видимому, потребуется переход к новому качеству ап-1 паратно-нрограммных средств, позволяющих работать в режиме прямого диалога' ^ аналогично персональному компьютеру. Пока же такие системы следует ориентиро! ^ вать на типового среднестатистического пользовтеля.

На этой основе может быть сформулирован обобщенный метод анализа систем. Он заключается в соблюдении последовательности действий по схеме "функция контроля или управления - потребительские свойства трактора - информационный дискомфорт - способы его коррекции или полной ликвидации - возможные конструктивные решения - технические требования к системе".

Математический аппарат оптимизации в задачах автоматического управления тракторами должен быть ориентирован на использование общепринятых описаний динамики процессов, сопровождающих работу тракторов в различных условиях. Практика показала, что такая постановка вполне осуществима даже в таком относительно сложном случае, как автоматическое вождение, где от терминов и зависимостей, принятых в теории автоматического управления, удалось перейти к выражениям и моделям, содержащим в качестве параметров конкретные конструктивные показатели. Таким образом обеспечивается естественный переход от принятых критериальных оценок к рекомендуемым значениям конструктивных или настроечных параметров системы управления.

Применительно к методам синтеза систем, особенно управляющих, для которых существует хорошо развитая теория, в наших случаях общая особенность сводится к тому, что конечной целью синтеза должно являться реальное улучшение тех потребительских свойств, на которые мы хотим повлиять путем снижения или ликвидации информационного дискомфорта.

Оптимизация систем на этапах проектирования предполагает наличие достоверных знаний физического смысла процесса управления и количественных зависимостей между всеми значимыми факторами. На этой базе составляется расчетная модель процесса для синтеза системы управления в общем виде. Однако, как правило, особенно при постановке принципиально новых задач, уверенность в достаточной полноте исходной информации невозможна. Поэтому .важным подготовительным этапом следует считать поиск имеющейся информации и оценку ее полноты, в т.ч. возможности экстраполяции данных, известных для каких-то конкретных условий, на более широкие области этих условий.

Подтвердившаяся неполнота исходной информации ставит разработчика перед выбором - либо вести разработку на основе недостаточной информации с риском затратить больше времени и средств на доводку создаваемой системы в ходе испытаний, либо провести специальные экспериментальные исследования для получения необходимой информации также с определенными затратами. Во втором случае затраты могут оказаться не меньше, особенно при необходимости применения специальных средств измерения, как показали наши работы по системам автоматического вождения. Выбор разработчика диктуется сравнением с учетом всех обстоятельств.

В начале наших работ доводка систем управления зачастую требовала корректировки конструктивных решений вплоть до проектирования и изготовления изделий заново. Поэтому роль специальных исследований для получения исходной информации, которая позволила бы сократить длительность и стоимость доводки систем, была довольно важной. Перенос центра тяжести со схемно-аппаратных решений на программное обеспечение, характерный для современных разработок на базе микропроцессорной техники, позволяет несколько понизить значимость такой информации, особенно при наличии у разработчика средств, позволяющих корректировать программное обеспечение непосредственно в условиях доводочных испытаний.

Тем не менее, здесь, наверное, не имеет смысла пытаться дать какие-то общие рекомендации - все зависит от конкретных условий задачи. Непосредственный синтез системы управления как по структуре, так и по параметрам, в наших случаях теоретической специфики не имеет, однако обладает некоторыми обобщенными методическими особенностями. На первый план выходят вопросы аппаратной реализуемости возможных решений, особенно по таким аспектам, как датчики и исполнительные механизмы. К сожалению, сложившаяся практика разработок систем автоматического управления тракторами характерна решением вопросов "вслед", когда приходится считаться со сложившимися конструкциями и технологиями.

Принимаемые в таких условиях решения часто являются паллиативами и содержат резервы значительного улучшения. Единственно возможным средством получения оптимальных решений является учет требований автоматизации на самых ранних стадиях создания новой тракторной техники, например, на стадии технического задания. В связи с этим нами было предложено понятие приспособленности тракторов к автоматизации. Оно включает довольно широкий круг вопросов, из которых ключевым является уверенность, что только при совместном и одновременном проектировании трактора, его механизмов и систем автоматического управления может быть достигнута максимальная эффективность (в современной технике такие представления оформились в новейшее направление, получившее название мехатроники).

Понимая, что в условиях реального применения могут существенно варьировать факторы, влияющие не только на эффективность, но и на саму работоспособность систем управления, важную роль приходится отводить экспериментальной проверке принимаемых решений на моделях, макетах и образцах различного уровня. При этом необходимо понимание предельных возможностей того или иного эксперимента. Наш опыт рекомендует руководствоваться схемой, ориентированной на преимущественное применение микропроцессорных средств.

Математические модели систем управления должны использоваться при первичной разработке алгоритмов и программного обеспечения. На этом этапе проверяются полнота алгоритма, отсутствие зацикливаний, достаточность объемов оперативной и долговременной памяти. Уточняются требования по быстродействию и фильтрации измерений. Макеты систем управления подвергаются испытаниям непосредственно на тракторах, Проверяются конструктивные решения по стыковке с узлами и механизмами трактора. Оцениваются показатели работы систем и при необходимости дорабатывается программное обеспечение.

Образцы различного уровня подвергаются испытаниям в соответствии с принятым порядком. Окончательно оцениваются достигаемые эксплуатационно-технологические показатели и надежность самой системы и трактора с ней. Специфичным здесь является то, что эти показатели необходимо получать в сравнении с базовой моделью трактора, не имеющей испытываемой системы и управляемой вручную. Достоверные данные могут быть получены только с учетом того, что принято называть человеческим фактором и в наших случаях сводится к рациональному выбору условий проведения сравнительных контрольных смен или опытов. Методика проведения таких сравнительных испытаний была разработана нами (ответственный исполнитель Г.М.Седов) и предусматривала типовой план выбора субъектов по стажу работы, квалификации и физическому состоянию и чередования условий работы.

Показанные методические особенности относятся в основном к научно-исследовательской составляющей разработок в целом. Опытно-конструкторская часть строится по общепринятым стандартизованным схемам без особой специфики. Единственное, что заслуживает упоминания, связано с отсутствием резкого раздела между этими частями. Можно даже утверждать, что при разработке средств автоматизации тракторов почти до самого начала производства имеется необходимость в научном сопровождении, которое в каждом конкретном случае позволяет квалифицированно решать непредвиденные заранее вопросы (так, алгоритм и программное обеспечение УИС уточнялись даже при выпуске первой партии).

Единственный методический вопрос конструктивного характера, заслуживающий упоминания, связан с надежностью электронной аппаратуры систем. В нашем случае не шла речь о каких-то принципиально новых сведениях в области, имеющей давно и подробно разработанные теорию и практику. Исходя из известных положений и учитывая особенности эксплуатации изделий на тракторах, нами были показаны основные направления обеспечения достаточной надежности. Считая основной потенциальной причиной отказов совокупное действие виброударных нагрузок, знакопеременных температурных деформаций и импульсов перенапряжения по цепям электрического питания, были разработаны и реализованы при освоении САЗД основные рекомендации по конструктиву аппаратуры, в частности, по предельно допустимым размерам печатных плат и их междуопорных пролетов, а также по применению фильтров в цепях питания.

2. МЕТОДИКА ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ АВТОМАТИЗАЦИИ ТРАКТОРОВ.

В предыдущих разделах показаны результаты работ по целому ряду систем контроля и управления. Предполагая, что их перечень не является исчерпывающим и что развитие тракторной техники поставит на повестку дня новые задачи автоматизации, можно предложить вытекающие из нашего опыта рекомендации по их постановке. Их выполнение существенно облегчает решение вопросов, возникающих на различных этапах.

Первоочередным признаком правильной постановки задачи является точное определение объекта автоматизации - трактора - по типу, тяговому классу, семейству или даже отдельной модели (не исключается указание в качестве объекта и отдельных механизмов и узлов - двигатель, топливный насос и т.п.). Должна быть также сформулирована цель, вытекающая из конструктивных особенностей выбранного объекта и предполагаемого или установленного информационного дискомфорта. При наличии таких признаков задача принимает конкретный характер и может решаться.

Если анализ показывает, что ожидаемое улучшение одних потребительских свойств возможно только за счет некоторого ухудшения других, следует принять во внимание приоритеты. Их порядок представляется следующим: безопасность персонала - экологическая безопасность - обобщенные затраты производства - прочие факторы.

Очень важным является прогноз характера потенциального пользователя к моменту готовности предполагаемого средства или системы для применения. Особенно важным это стало в последнее время с появлением различных форм собственности и ведения хозяйства. Здесь предполагается некоторая корреляция с объектом автоматизации - трактором, если считать, что фермерские хозяйства будут пользоваться преимущественно тракторами относительно невысокой мощности, а более мощные тракторы будут приобретаться и использоваться в крупных хозяйствах с широким привлечением наемного труда. Характер потенциального пользователя должен оцениваться по уровню образования и профессиональной подготовки и по виду стимулов, определяющих его отношение к работе. Это позволит точно ориентировать создаваемое средство на максимальный эффект от его использования, что обеспечит необходимый спрос.

Не менее важным является определение требуемого уровня задаваемых показателей качества. Чрезмерное завышение осложнит создание и повысит стоимость разрабатываемого средства. Как правило, достаточно ориентировать эти показатели на уровень, свойственный средней квалификации пользователя при долговременной работе.

В современных условиях важно правильно определить стратегию выпуска создаваемого изделия на рынок. Здесь имеются щзе. крайности - либо создание изделия увязано с постановкой на производство новой тракторной техники, либо это изделие предлагается для дооснащения машин, уже находящихся в эксплуатации (концепция "Ретрофит" по определению специалистов английской фирмы RDS). Разумеется, возможны и смешанные варианты, однако в любом случае необходимо принимать во внимание эти обстоятельства, влияющие на выбор конструктивно-технологических решений. В частности, при отработке конструкции САЗД принятые решения обеспечили обе возможности оборудования машин - и на конвейере, и в эксплуатации.

Из опыта последнего времени вытекают и следующие соображения. Постановка каждой задачи помимо чисто технических вопросов, рассмотренных выше, должна сопровождаться подготовкой предварительного бизнес-плана. Под ним понимается оценка сроков разработки и подготовки производства, необходимых финансовых и материальных ресурсов и источников их получения и предполагаемой себестоимости изделия к моменту начала производства. Эти сведения должны сопоставляться с результатами маркетинговой проработки по возможным рынкам сбыта и их емкости и по определению верхнего уровня конкурентиоспособной цены. В результате должны быть получены сведения, подтверждающие целесообразность и окупаемость инвестиций. Хотя такие вопросы и были до сих пор и непривычными, и кажущимися недостаточно уместными для исследователей, без должного внимания к ним не удастся реализовать никакую, даже самую передовую идею, особенно в области автоматизации тракторов.

Внимательное рассмотрение перечисленных выше вопросов позволяет приступить к заключительному этапу постановки - к составлению исходных требований. При этом следует считать их необходимыми не для формального согласования, а для систематизации своих представлений по существу решаемой задачи. Фактически отработка исходных требований, которые в дальнейшем вполне могут быть подвергнуты радикальному пересмотру, является началом разработки.

Произошедшие в последнее время изменения в условиях отечественной экономики заставили предусмотреть наличие всевозможных ограничений как в сфере производства тракторной техники, так и сфере ее потребления. С их учетом для решения первоочередных задач автоматизации тракторов предложена концепция, заключающаяся в следующих положениях:

1. Пользователь (владелец) тракторной техники должен иметь возможность неограниченного выбора по ее оснащению средствами автоматизации, исходя из собственных представлений о целесообразности применения того или иного средства, опирающихся однако на полную информированность во всех влияющих на его выбор вопросах. Обеспечение такой информированности является обязанностью производителя или продавца тракторной техники.

2. Наряду с приоритетом, отдаваемым пользователю, производитель обязан проявлять определенную настойчивость в предложении, для чего целесообразно, во-первых, какие-либо средства автоматизации сделать штатным оборудованием трактора, а во-вторых, устанавливать на продаваемые тракторы и такие, которые объявлены оборудованием заказным, не боясь предлагать их покупателю на пробу.

3. Учитывая, что даже в самых благоприятных обстоятельствах ни государство, ни изготовители тракторов не смогут развернуть НИОКР и подготовку средств автоматизации сразу по всем возможным направлениям, целесообразно указать на первоочередные, приоритетные направления разработки и освоения этих средств. Приняв за основу выбора опыт зарубежного тракторостроения и технический уровень выпускаемых и подготавливаемых к производству моделей тракторов, к первоочередным следует отнести системы контроля и аварийной защиты (их, кстати, и стоит сделать штатным оборудованием новых моделей тракторов), системы регулирования положения навесных устройств, системы эксплуатационно-технологического мониторинга с датчиками действительной скорости и системы управления включением-выключением привода переднего ведущего моста. Для развития задела необходимо продолжить исследования по системам управления моторно-трансмиссионными установками, включая электронное регулирование топливоподачи в двигателе.

4. Нижним пределом показателей трактора, для которого должны создаваться средства автоматизации, следует считать тяговый класс 1,4 и мощность двигателя 60 л.с., допуская возможность применения некоторых средств и на менее мощных тракторах.

5. Основным аппаратным средством для создания предложенного набора средств автоматизации должна стать типизированная конструкция микропроцессорного контроллера с шинным обменом по согласованному протоколу.

3.ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АВТОМАТИЗАЦИИ ТРАКТОРОВ.

Не менее важным, чем правильная постановка, для решения задач автоматизации тракторов является организация необходимого обеспечения. Наш опыт показывает, что недооценка этих вопросов, если не приводит к полной неудаче, то существенно затрудняет достижение поставленных целей. В данном случае под обеспечением понимается комплекс мер, выходящих за рамки обычных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию конкретного изделия. Скорее это меры, призванные поддержать направление в целом.

Как уже указывалось, в ходе наших работ мы неоднократно привлекали к сотрудничеству специалистов по инженерной психологии и художественному конструированию. Постепенно мы пришли к совместному выводу о необходимости постоянного контакта в форме целостной концепции эргономического обеспечения разработки, производства и эксплуатации средств автоматизации тракторов.

Смысл эргономического обеспечения заключается в учете особенностей человеческого фактора при решении всех возникающих вопросов. При этом принимаются во внимание, как уже упоминалось, особенности именно того контингента, мз которого будут возникать непосредственные пользователи создаваемых средств. На этапах разработки эти особенности учитываются в форме профессиограмм, на основе которых проектируется и анализируется операторская деятельность человека-оператора на автоматизированном тракторе. На этапах подготовки производства и эксплуатации эти особенности учитываются при подготовке описаний и инструкций, а также при обучении будущих пользователей. Ситуация последних лет добавляет к этим этапам еще и опережающую рекламу создаваемых средств, которая также должна быть точно адресована.

В системотехническом плане эргономическое обеспечение позволяет точно выбрать характеристика компонентов систем, посредством которых осуществляется их взаимодействие с человеком-оператором. Среди них цифровые и сигнальные индикаторы, звуковые сигналы и органы управления.

Можно отметить, что при всей распространенности на зарубежных тракторах различных средств автоматизации высокого технического уровня, на многих из них могут быть указаны признаки недостаточной отработки с этой точки зрения. По-видимому, зарубежные разработчики не обладают необходимым аппаратом эргономического обеспечения или по меньшей мере недооценивают его роль.

Вопросы аппаратурного обеспечения в свое время имели очень важную роль в разработках средств автоматизации для тракторов. В условиях ограниченного доступа к прогрессивным направлениям отечественной электроники приходилось ограничивать разработчиков номенклатурой комплектующих изделий, по которой можно было ожидать меньших затруднений с приобретением. Поэтому составлялись ограничительные перечни, проекты аппаратурно-элементных программ и т.п. Приходилось принимать и навязанные в какой-то степени решения (так, в разработках под руководством Л.И.Гром-Мазничевского никак не удавалось заставить сотрудничавшее с ним ПО "Кристалл" перейти на применение однокристалльной микро-ЭВМ взамен устаревшего микропроцессорного комплекта серии 580).

В последнее время практически все необходимые компоненты имеются на свободном рынке. В связи с этим аппаратурное обеспечение рассматривается в форме рекомендаций по выбору таких комплектующих изделий и конструктивно-технологических решений, которые гарантируют минимальный риск невыполнения действующих требований к средствам автоматизации тракторов. В частности, по комплектующим изделиям может быть указано на 8- и 16-разрядные однокристалль-ные ,микро-ЭВМ в соответствующем по климатическим условиям исполнении, морозостойкие жидкокристаллические индикаторы и т.д.

Производственное обеспечение создания средств автоматизации тракторов в нынешних условиях обещает стать более легким. Конверсия предприятий, ранее премуще-ственно загруженных оборонными заказами, высвободила производственные мощности для производства средств автоматизации тракторов в объемах, полностью соответствующих потенциальному спросу.

Сам же вопрос производственного обеспечения возник на базе понимания того, что наиболее быстрые разработка и освоение производства возможны тогда, когда потенциальный производитель определен на самых ранних этапах опытно-конструкторских работ и участвует в них. Дело в том, что при всей однотипности технологий производства таких важных частей систем, как электронные аппараты, каждое предприятие имело свои особенности. Учет этих особенностей уже при разработке устранял потребность в последующей адаптации разработанных изделий к серийному производству.

Экспериментальное обеспечение разработок, значение которого, по-видимому, в разъяснении не нуждается, состояло в создании условий для достоверной апробации принимаемых конструктивных и параметрических решений. Была организована система экспериментального обеспечения, действовавшая по единой методология.

Подразделения-разработчики (Сибирское отделение, СКВ с опытным производством "Сепьхозмашавтоматика" в Павловском Посаде) были оснащены лабораторно-стендовым оборудованием для исследований и испытаний составных частей систем. В составе этого оборудования были достаточно современные средства, например, для виброклиматических испытаний. В качестве экспериментальной базы для испытаний систем на тракторах специализировался тогдашний Одесский филиал. Аналогичная организация экспериментального обеспечения предусматривалась и развивалась в упоминавшемся совместном с Болгарией предприятии "Агроавтоматика".

Важной составной частью обеспечения являются вопросы организации сбыта и сервиса средств автоматизации. Первое не нуждается в особых пояснениях и в основном определяется упомянутой выше стратегией выхода на рынок. В случае применения стратегии "Ретрофит" возникает вопрос организации сбытовой дилерской сети и соответствующей рекламы, что и было сделано нами по УИС совместно с фирмой "Кировец-сервис", хотя пока еще и не принесло ожидавшихся результатов.

Более сложным является вопрос сервиса. Средства автоматизации и их электронная аппаратура еще не стали абсолютно надежными, и в какой-то мере пугают потенциального потребителя (в том числе производителей машин, для которых предназначены эти средства) трудностями устранения отказов, привычными для бытовой электронной техники, используемой в том числе в сельской местности со слаборазвитой сетью сервисных служб. Понимая, что без гарантий поддержания работоспособности этих средств в эксплуатации их освоение практически неосуществимо, нами была начата проработка концепции сервиса по номенклатуре изделий "Агроавтоматики". Особое внимание было обращено на создание технических средств сервиса, где были разработаны принципы экспресс-диагностики и техническое задание на универсальный экспресс-тестер.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Автоматизация контроля и управления является эффективным средством повышения основных потребительских свойств тракторов во всех отраслях, использующих машинно-тракторные, агрегаты, и при любых экономических формах ведения ТТройзводстаа. Имеющийся научно-технический задел позволяет в достаточно короткие сроки завершить разработки и освоить широкую номенклатуру средств автоматизации современного технического уровня.

2. Предложенные в данной работе методы анализа и синтеза систем автоматического контроля и управления, обобщенные на основе опыта исследований и разработок по целому ряду направлений автоматизации, позволяют добиться максимальной эффективности работ по повышению практически всех потребительских свойств тракторов. При этом анализ следует вести по схеме "функция контроля или управления - потребительские свойства трактора - информационный дискомфорт - способы его коррекции или полной ликвидации - возможные конструктивные решения - технические требования к системе".

Особенности синтеза систем проявляются в учете специфических свойств тракторов по массовости выпуска, конструктивно-технологическим признакам и условиям эксплуатации, что предопределяет выбор рекомендуемых конструктивных решений. Кроме того, при синтезе следует считаться с неполнотой исходной информации, что заставляет предусматривать резервы на доводку, а также уточнение достигаемых эффектов для технико-экономическких обоснований целесообразности промышленного освоения.

Не менее важными предлагается считать вопросы правильной постановки задач создания и освоения средств автоматизации по выбору трактора - объекта автоматизации, по оценке потенциального пользователя и по подготовке бизнес-плана работ по разработке и подготовке производства.

3. Системы автоматического вождения агрегатов обеспечивают облегчение труда трактористов, повышение качества выполнения операций, а в некоторых случаях применения и повышение производительности.

Системы, действующие по принципу копирования следа предыдущего прохода, должны проектироваться во избежание прогрессирующего искривления с учетом сформулированных в настоящей работе требований к их динамическим характеристикам. Выполнение таких требований вполне реально и подтверждено опытом проведенных разработок.

При математическом моделировании систем для гусеничных тракторов на стадиях анализа и синтеза систем рекомендуется использовать предложенное описание тракторов как объектов, включающее статическую характеристику механизма поворота разностно-тягового типа или динамику образования поворачивающего момента в механизме разностно-скоростного типа и дифференциальное уравнение неустановившегося поворота.

4. Системы автоматического управления режимами моторно-трансмиссионной установкиявмютсямощным средством повышения производительности за счет более полного использовния мощности двигателя и снижения расхода топлива за счет своевременного переходаща 6алве~эканошгтане-режж®БП------------—- При создании таких систем следует учитывать производственный разброс ре-гуляторных характеристик двигателей с существующими регуляторами и изменение этих характеристик в эксплуатации, для чего должна применяться самонастройка по предложенным в работе методам.

Для анализа и синтеза систем применительно к тракторам со ступенчатыми трансмиссиями целесообразно использовать способы на основе предложенной крутильной характеристики моторно-трансмиссионной установки, в частности, номограмму для выбора режимов.

Проведенные расчеты подтверждают, что регулирование загрузочных режимов, ограничивающее диапазон действующих на двигатель нагрузок, обещает снизить темп его износа. В то же время учащенное переключение передач может оказаться причиной снижения ресурса трансмиссии, что заставляет более ответственно выбирать режимы регулирования, особенно по частотной фильтрации сигнала, несущего информацию о действующей на двигатель нагрузке, а также по значениям нагрузок, вызывающих переключение передач.

Автоматическое управление включением муфты сцепления в режиме трогаиия и разгона трактора может обеспечить благоприятное с точки зрения повышения ресурса самой муфты и трансмиссии в целом протекание этого режима при различных видах нагрузок, полностью устраняя при этом влияние возможных ошибок водителя. Наиболее перспективными можно считать законы управления с обратной связью по частоте вращения вала двигателя или по ее квадрату.

5. При создании систем автоматического контроля следует выбирать номенклатуру параметров с преимущественным включением в нее тех, которые являются интегральными. Это определение означает, что выход такого параметра за пределы допустимых значений может являться следствием многих возможных отклонений от нормальной работы. Благодаря такому подходу может быть обеспечен наиболее полный контроль технического состояния трактора при минимальном числе контролируемых параметров.

Наиболее рациональным приемом представления визуальной информации о возникновении и характере отклонений является использование мнемосхемы трактора с двухсимвольным сообщением - о месте возникновения и виде отклонения.

Аварийная защита двигателя по перегреву и падению давления в системе смазки обеспечивает сокращение числа двигателей, поступающих в ремонт до выработки ресурса, на 30 - 35 % от обшего ремонтного фонда, в связи с чем эта функция должна рассматриваться как достаточно эффективная для реализации в составе системы автоматического контроля или на основе самостоятельного аппаратного решения. При этом принудительную остановку дизельного двигателя с обычной топливной аппаратурой наиболее целесообразно осуществлять прекращением подачи топлива с помощью электромагнитного клапана. Алгоритм функционирования аварийной защиты должен включать пусковую блокировку срабатывания по падению давления масла с автоматическим деблокированием после запуска, факт которого может фиксироваться по частоте вращения вала двигателя.

Информационно-советующие системы могут занимать промежуточное положение между информационными и управяякнцимим системами, являясь по сравнению с последними более простыми по аппаратному и программному обеспечению. Однако эффективное использование информационно-советующих систем возможно только при наличии заинтересованного пользователя, не пренебрегающего получаемыми рекомендациями. Облайте применения таких систем ограничена в основном выбором передачи в трансмиссии и скоростного режима двигателя. При отработке системы особого внимания требует выбор динамики предъявления рекомендаций, которые не должны быть чрезмерно частыми и навязчивыми, но и не должны заметно запаздывать при резких изменениях условий работы. Это может быть обеспечено выбором параметров фильтрации входных сигналов или соответствующей процедурой выработки рекомендаций с уточнением в ходе натурных испытаний.

Использование в таких системах микропроцессорной аппаратуры позволяет реализовать ряд дополнительных полезных функций контроля и диагностики, что повышает эффективность применения соответствующей аппаратуры.

7. Измерение действительной скорости должно производиться на сельскохозяйственных тракторах, начиная со скорости 3 км/час, с пот-решностыо не выше 2% и временем усреднения 2 сек. Получаемая при этом с помощью предложенных и проверенных приемов обработки информация позволяет получать за счет более рациональных режимов работы повышение производительности и снижение погектарного расхода топлива, а также вести учет и планирование работы агрегата.

В условиях сельскохозяйственного производства России и стран СНГ для такого измерения вполне пригодны радарные допплеровские датчики с частотой излучения 10,525 ГГц, конструкция которых отработана под нашим руководством до готовности к серийному производству. Ожидаемая при этом стоимость аппаратного оснащения трактора достаточно быстро окупается благодаря указанным выше и подтвержденным эффектам.

Для мощных промышленных тракторов с землеройным и погрузочным оборудованием могут быть использованы предложенные алгоритмы автоматического управления с использованием измерений действительной скорости. Однако нижний предел измерения должен быть не выше 0,2 км/час, а время усреднения не более 0,2 сек. Такие показатели могут быть получены при использовании датчиков с более высокой частотой излучения, например, порядка 37,5 ГГц,

8. Комплексная автоматизация обеспечит наибольшую эффективность повышения потребительских свойств тракторов. Она должна основываться на базе унифицированных микропроцессорных модулей с обменом информацией по общей шине с протоколом типа CAN. При этом бесконфликтность совместного действия систем управления обеспечивается заменой силового регулирования положения навесного устройства на высотное с измерением положения рабочих органов орудия относительно опорной поверхности.

Функции контроля и управления целесообразно разделить на штатные и заказные, реализуя последние по заказу потребителя установкой соответствующих дополнительных модулей.

С целью использования относительно недорогой элементной базы, не требующей работоспособности при низких температурах, целесообразно выделение "холодных" функций для реализации специальными аппаратными решениями.

При создании и освоении аппаратных средств комплексной автоматизации могут быть реализованы многие новые функции контроля и управления с существенно полезными эффектами. В частности, на такой базе могут быть реализованы управление тяговыми режимами для снижения повреждений почвы избыточным буксованием, управление электропневмоприводом тормозов прицепа для улучшения тормозных свойств тракторного поезда, универсальный технологический контроль для повышения качества выполнения ответственных операций и динамическая сигнализация опасности опрокидывания, снижающая его вероятность.

9. Создание и освоение производства средств автоматизации для выпускаемых тракторов зачастую связано с компромиссами и паллиативами, вызванными трудностью внесения изменений в конструкцию и технологию массового производства. Поэтому наибольшего эффекта следует ожидать при учете возможностей таких средств в ходе разработки новых моделей тракторов, для чего предложено использовать понятие о приспособленности трактора к автоматизации.

10.Успешное создание и освоение средств автоматизации в организационном плане требует уделять внимание вопросам обеспечения как комплекса мер, выходящих за принятые обычно рамки НИОКР. При этом рекомендуется предусматривать следующие виды обеспечения:

- эргономическое, учитывающее особенности человеческого фактора для наилучшего взаимодействия человека-оператора со средствами автоматизации;

- аппаратурное, учитывающее наличие и развитие необходимых технических средств для использования при создании средств автоматизации;

- производственное, состоящее в определении производителя создаваемых средств уже на этапах разработки для учета его технологических особенностей при выборе аппаратных решений;

- экспериментальное, учитывающее необходимость апробации принимаемых конструктивных решений;

- сервисно-сбытовое, обеспечивающее доступ освоенных средств автоматизации к потребителю и поддержание их работоспособности в эксплуатации.

11.На ближайшую перспективу предлагается принять разработанную нами концепцию создания и освоения первоочередной номенклатуры средств автоматизации. Она учитывает как передовой зарубежный опыт, так и особенности новых моделей тракторов, намеченных к созданию и освоению на предприятиях Российской Федерации.

Основные результаты диссертации изложены в работах: а) Книги, брошюры.

I."Теория автоматических систем трактора" (соавтор Ю.А-Ганькин) С.-Пб. Государственный Аграрный Университет 1995 г.

2." Материалы для обоснования перечня первоочередных задач автоматизации тракторов и с.х. машин к отраслевой перспективной комплексной программе автоматизации с.х. техники" М., НАТИ-ВИСХОМ 1980 г. (соавторы Ю.К.Клейн и др.).

3." Бесконтактные системы автоматического вождения машинно-тракторных агрегатов" М., ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш 1982 г. (соавторы Л.Г.Малорацкий и др.) б) Статьи в сборниках и журналах.

4. "Вопросы получения описания самоходной машины как управляемого объекта" в сб. "Труды семинара по управляемости и устойчивости автомобилей 4-6/IV 1967 г." вып. 3 М., НАМИ, 1969 г. (соавтор Б.И.Морозов).

5. "Повышение качества автоматического вождения гусеничного трактора на пахоте" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N11, 1970 г. • 6. "Определение коэффициентов дифференциального уравнения по экспериментальной информации" веб. "Земледельческая механика" t.XV, М., изд. "Колос" 1971г. (соавторы Л.А.Фрумкин и Ю.М.Огульник).

7. "Некоторые вопросы неустановившегося поворота гусеничного трактора" в ж."Тракторы и сельхозмашины" N7, 1974 г.

8. "Применение следящего привода в системах автоматического вождения колесных тракторов" в ж. "Механизация и электрификация сельского хозяйства" N9, 1975 г. (соавторы Ю.К.Клейн и Е.Н.Фалеева).

9. "Создание системы автоматического контроля и управления скоростными и загрузочными режимами с.х. тракторов" в сб."Сельскохозяйственное приборостроение" N1 (18) М. НПО "Агроприбор" 1978 г.

10. "Исследования и разработки в области автоматизации управления скоростными и загрузочными режимами тракторных двигателей" в сб."Сельскохозяйственное приборостроение" Nl(26)-2(27) М. НПО "Агроприбор" 1980 г.

II. "Основные задачи создания устройств ориентации движения широкозахватных агрегатов, обеспечивающих стыковку смежных проходов" в трудах ВИСХОМ вып. 100, М., 1980 г. (соавторы В.Я.Воронин и В.Н.Опишанский).

12. "Выбор пороговых значений для автоматического управления загрузкой тракторного двигателя" в трудах НАТИ "Вопросы создания, исследования и испытаний средств автоматизации с.х. техники" 1982 г. (соавторы Л.И.Гром-Мазничевский и Г.В.Спивак).

13. "Учет буксования при выборе режимов автоматизированного МТА" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N4 1985 г.

14."Социально-экономические, научно-технические и эксплуатационные предпосылки создания и использования трактора-робота" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N3, 1986 г. (соавтор Г.М.Седов).

15."Электронизация машинно-тракторных агрегатов" в Международном сельско-хозяй-ственном журнале N2, 1988 г. (соавтор А.В.Рославцев).

16."Перспективы автоматизации тракторных двигателей на микропроцессорной основе" в ж. "Двигателестроение" N6, 1988 г.

17."Электронные щитки приборов на зарубежных тракторах" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N6, 1989 г. (соавторы А.Н.Копытин. и Ф.Ф.Мачульский).

18."Электронные средства автоматического управления на зарубежных тракторах" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N10, 1989 г. (соавторы Г.В.Новиков и Ф.Ф.Мачульский).

Приспособленность с.х. тракторов к применению средств автоматического контроля и упраения" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N11, 1989 г.

20."Эффективность применения измерителей действительной скорости МТА и методы ее оценки" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N3, 1990 г. (соавтор П.И.Лобко).

21."Электронные средства автоматического контроля на зарубежных тракторах" в ж. Тракторы и сельхозмашины" N9, 1990 г. (соавтор Г.В.Новиков).

22."Электронные микропроцессорные контрольно-информационные системы тракторной автоматики" в ж. "Тракторы ж сельхозмашины" N10, ¡990 г. (соавтор Г.В.Новиков).

23. "Электронные информационные системы тракторной автоматики" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N12, 1990 г. (соавтор Г.В.Новиков).

24."Эргономическое обеспечение создания средств автоматизации контроля и управления МТА" в трудах НАТИ "Автоматизация машинно-тракторных агрегатов" 1990 г. (соавтор Л.А.Вайнштейн).

25."Перспективы создания САУ рабочим процессом промышленного трактора с бульдозерным оборудованием" там же (соавторы Ю.В.Авдеев и др.).

26."Эффективность применения электронной аппаратуры на с.х. тракторах" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N1, 1993 г.

27."Экологические характеристики с.х. тракторов и электронные системы автоматического контроля и управления" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N7, 1993 г.

28."Устройства радиолокационного измерения скорости на зарубежных тракторах" в ж. Тракторы и сельхозмашины" NN 6-7, 1993 г. (соавторы Г.В.Новиков и В.С.Хаби).

29."Типаж и конструкция сельскохозяйственных тракторов (по материалам выставки SIMA-93)" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N1, 1.994 г. (соавторы В.С.Гольнев и Г.Г.Колобов).

30. "Универсальная информационная система трактора" в ж. "Тракторы и сельхозмашины "N11, 1994 г. (соавторы Г.В.Новиков и В.С.Хаби).

31. "Особенности динамики неустановившегося поворота гусеничного трактора с разностно-скоростным механизмом" в ж. "Тракторы и сельхозмашины" N5, 1995 г. в) Опубликованные тезисы докладов.

32. "Принципы оптимального управления загрузочным режимом трактора со ступенчатой трансмиссией" в сб."Автоматизация производственных процессов в растениеводстве" М., ВИМ, 1976 г.

33."Предпосылки применения микропроцессорных средств автоматического контроля и регулирования для тракторов" в сб. "Автоматизация сельскохозяйственных машин" М., ВИСХОМ, 1986 г. (соавторы А.Н.Копытин, Г.М.Седов).

34."Концепция развития комплексной автоматизации сельскохозяйственных МТА" в сб. "Тезисы национальной научно-технической конференции с международным участием по электронизации с.х. машин и процессов" Толбухин (Болгария), 1988 г. (соавторы А.В.Рославцев и др.).

35."Электронная система для тракторов типа ИСТ" там же (соавторы Л.И.Гром-Мазничевский и др.).

36."Эргономические проблемы при автоматизации МТА с использованием электронной и микропроцессорной техники" там же (соавтор Л.А.Вайнштейн).

37. "Применение микропроцессорных устройств для предотвращения опрокидывания МТА" в сб. "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве" М., ВИМ 1989 г. (соавтор А.К.Горохов).

38."Концепция автоматизации контроля и управления тракторами в современных условиях" в сб. "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве" М., ВИМ, 1995 г. г) Авторские свидетельства яа изобретения и промышленные образцы.

39."Устройство для автоматического вождения самоходной машины на колесном ходу" а.с. 187433 (соавторы С.А.Богданов и др.).

40."Устройство для непрерывного измерения курсового угла самоходной машины относительно прямой" а.с. 236113 (соавторы С. А.Богданов и др.).

41."Гидравлический сервопривод управления гусеничными машинами" а.с. 239055 (соавторы С.А.Богданов и др.).

42."Устройство для автоматического вождения тракторного агрегата" а.с. 247673 (соавторы С.А.Богданов и др.).

43."Устройство для автоматического вождения машин на колесном ходу" а.с.286374 (соавторы С.А.Богданов и др.).

44."Устройство для автоматического вождения гусеничного трактора" а.с. 289272 (соавтор В.Н.Червяков).

45."Способ автоматического направления движения тракторных агрегатов по заданной траектории" а.с. 342567 (соавтор А.Д.Макеев).

46."Чувствительная контактная головка системы автоматического вождения самоходных машин" а.с. 488536 (соавторы Ю.И.Ефремов и Ю.К.Клейн).

47."Способ определения пороговых значений параметра загрузки двигателя трактора при автоматическом управлении его ступенчатой трансмиссией" а.с. 648458 (соавторы ЮЖ.Клейн и др.).

48."Устройство для автоматического управления фрикционным элементом трансмиссии транспортного средства" а.с. 660862 (соавтор В.М.Зотов).

49."Система сигнализации момента переключения передач в трансмиссиях транспортных средств" а.с. 806485 (соавторы Ю.К.Клейн и др.).

50."Устройство аварийной защиты транспортного двигателя внутреннего сгорания" а.с. 875112 (соавторы И.Г.Зарубин и др.).

51 ."Устройство аварийной защиты двигателя внутреннего сгорания транспортного средства" а.с. 1079867 (соавтор В.Д.Выборных).

52."Устройство для автоматической аварийной защиты двигателя внутреннего сгорания" а.с. 1090902 (соавторы В.С.Абушенко и др.).

53."Устройство автоматического переключения передач транспортного средства" а.с, 1471444 (соавторы Л.И.Гром-Мазничевский и др.).

54."Устройство для автоматической защиты двигателя внутреннего сгорания" а.с. 1477922 (соавторы В.Д.Выборных и др.).

55."Устройство для формирования команд на переключение передач транспортного средства" а.с. 1601534 (соавторы Л.И.Гром-Мазничевский и др.).

56."Электропневматическая тормозная система двухзвенного транспортного средства" а.с. 1604645 (соавтор Э.В.Саркисян).

57."Двухпроводная электропневматическая тормозная система прицепа" а.с. 1643248 (соавтор Э.В.Саркисян).

58."Способ определения высоты объекта над поверхностью" а.с. 1663590 (соавтор В.С.Хаби).

59."Панель приборов трактора" - свидетельство на промышленный образец N 19457 (соавторы Л.А.Вайнштейн и др.).

60."Блок информационной системы трактора" - свидетельство на промышленный образец N 35506 (соавторы Л.А.Вайнштейн и др.).