SIMULATION OF TROLLEBUS STEERING SYSTEM WITH ELECTRIC POWER STEERING BASED ON ROLLING ROTOR SWITCHED RELUCTANCE MOTOR
DOI:
https://doi.org/10.32703/2617-9040-2021-38-88-8Keywords:
steering, electric power steering, simulation modeling, trolleybus, rolling rotor switched reluctance motor, magnetomotive force.Abstract
The analysis of power steering which used on modern rolling stock is carried out. Their main shortcomings are identified. Given the requirements for the steering of trolleybuses, a solution to increase its efficiency is proposed.
Based on the developed mathematical model and functional diagrams of the trolleybus steering system with a electric power steering based on rolling rotor switched reluctance motor, a simulation model of trolleybus steering was created using the Matlab Simulink package. The peculiarity of the simulation model is taking into account the mass and size characteristics of the rolling stock, the parameters of the suspension of the steered axle, the impact of the road surface and the speed of the trolleybus, changes in the parameters of the electric motor magnetic system during operation. The rolling rotor switched reluctance motor which is offered for use as the electric power steering of the LAZ E183D1 trolleybus is calculated.
The calculation of the magnetic system of the engine by the finite element method with the subsequent approximation of the obtained results is carried out. With the help of the developed simulation model the simulation of the trolleybus steering system with electric power steering based on rolling rotor switched reluctance motor was performed. Time diagrams of transients in the trolleybus steering system are obtained and their processing and analysis are carried out.
References
ЛІТЕРАТУРА
Павленко Т. П., Скуріхін В. І., Колотило В. І., Агарков І.В. Аналіз проблем системи рульового керування тролейбусів та перспективи їх вирішення. Збірник наукових праць ДУІТ. Серія : «Транспортні системи і технології»,. 2018. Т. 1, № 32. С. 115–125.
Далека В. Х., Хворост М. В., Скуріхін В. І., Скуріхін Д. І.,. Рухомий склад міського електричного транспорту. Механічна частина. навч. пос. Харків : ХНАМГ ім. О. М. Бекет., 2018. 370 с.
Franke M. Multidisziplinäre Modellierung und Simulation eines Rolling Rotor Switched Reluktanz Antriebes : Doktoringenieur. Magdeburg, 2012. 152 p.
Любарский Б. Г., Рябов Е. С. Моделирование электроприводов на основе реактивных индукторных двигателей в среде Matlab Simulink. Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт». 2011. С. 404–424.р
Franke M., Brutscheck M., Schmucker U. Modeling and simulation of a rolling rotor switched reluctance motor. 2009 32nd International Spring Seminar on Electronics Technology, Brno, 13–17 May 2009. URL: https://doi.org/10.1109/ISSE.2009.5207002.
Miller T. J. E. Optimal Design of Switched Reluctance Motors. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2002. Vol. 49, no. 1. P. 83–90.
Pavlenko Т., Petrenko О., Shavkun V., Aharkov I. Development of a mathematical model of the trolleybus steering system using a rolling rotor switched reluctance motor. «EUREKA: Physics and Engineering». 2021. № 4. P. 63–75.
Рымша В.В., Радимов И.Н., Гулый М.В., Кравченко П.А.,.Усовершенствованная цепно-полевая модель вентильно-реактивного двигателя. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. № 5. С. 24–26.
Клімов Е. С. Щодо визначення моменту опору повороту шини керованого колеса на місці. Міжвузівський збірник "Наукові Нотатки". 2014. № 46. С. 246–251.
Солтус А.П., Пилипенко В.І., Вплив плеча обкатки на граничний за зчепленням момент повороту шини. Вісник КДПУ. 2008. № 1 (48), ч.1. С. 71–74.
Солтус А. П., Клімов Е. С. Дослідження особливостей кінематики відбитка шини керованого колеса при повороті на місці з розблокованим приводом. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2011. № 1. С. 75–79.
Клімов Е. С. Щодо питання визначеності вагового стабілізуючого моменту. Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. 2009. Т. 1. № 1(54). С. 61–65.
Ященко Д. М. До визначення моментів, що діють на керуючий колісний модуль автомобіля. Управління проектами, системний аналіз і логістика. Технічна серія. 2011. № 8. С. 229–234.
Солтус А. П. Основы теории рабочего процесса и расчета колесных управляющих модулей: монография. 7-ме вид. Деп. в Укр. НИИНТИ №501-Ук90 ВИНИТИ «Деп. науч. Труды», 1990. 234 с.
Мілих В. І., Ревуженко С. А. Теорія і практика чисельно-польового визначення електромагнітних характеристик турбогенераторів при їх роботі в енергосистемі. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Електричні машини та електромеханічне перетворення енергії. 2019. № 4. С. 3–15.
A fast-built flux-linkage model for switched-reluctance motors / H.-P. Chi et al. Journal of the Chinese Institute of Engineers. 2006. Vol. 29, no. 6. P. 1071–1080.
Milykh V. I., Shilkova L. V. Control current method of the concentration of ferromagnetic elements in the working chamber of the technological inductor of magnetic field during its operation. Electrical Engineering & Electromechanics. 2020. No. 5. P. 12–17. URL: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.5.02.
Milykh V. I., Tymin M. G. A comparative analysis of the parameters of a rotating magnetic field inductor when using concentric and loop windings. Electrical engineering & electromechanics. 2021. No. 4. P. 12–18.
Агарков І. В. Визначення механічних параметрів електричного підсилювача керма у системі рульового керування тролейбусу. Збірник наукових праць ДУІТ. Серія : «Транспортні системи і технології»,. 2018. № 35. С. 52–59.
Тролейбус E183D1-01.Керівництво з експлуатації. Львів, 2006. 277 с.
Зинченко Е. Е., Финкельштейн В. Б. Методика расчета вентильных индукторно-реактивных двигателей. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. № 4. С. 24–29.
Егоров А.В., Наний В. В., Юхимчук, В. Д., Потоцкий, Д.В. Выбор оптимального материала для сердечника двигателя с катящимся ротором, с применением численных методов/ Вісник НТУ «ХПІ». 2011. № 60. С. 59–62.
Дунев А.А., Масленников А. М., Наний В. В.,Петренко Н.Я., Сравнение конструкций двигателей с катящимся ротором // ІІ Університетська науково-практична студентська конференція магістрантів Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут», м. Харків: НТУ «ХПІ», 25–27 берез. 2008 р, С. 57–58.
Наний В.В., Мирошниченко А.Г., Юхимчук В. Д., Дунев А.А.,. Влияние конструкции вентильного ДКР на параметры его магнитного поля. Вісник НТУ «ХПІ». 2007. № 25. С. 62–65.
Eyhab El-Kharashi. Design and Analysis of Rolled Rotor Switched Reluctance Motor. Journal of Electrical Engineering and Technology. 2006. Vol. 1, no. 4. P. 472–481. URL: https://doi.org/10.5370/JEET.2006.1.4.472.
Analysis of a rolling rotor switched reluctance motor with power electronic / M. Franke et al. 17th Telecommunications forum TELFOR 2009, Belgrade, 24–26 November 2009.
Грищенко Н.В., Семериков С.А., Хараджян А.А., Чернов Е.В. Порівняльний аналіз методів апроксимації. Кривий Ріг : КДПІ, 1998. 25 с.
ДСТУ UN/ECE R 79-01-2002. Єдині технічні приписи щодо офіційного затвердження дорожніх транспортних засобів стосовно механізмів рульового управління(Правила ЕЭК ООН № 79-01:1991, IDT ). Вид. офіц.
Скуріхін І. Л., Коваленко А. В. Механічне обладнання рухомого складу міського електротранспорту: навчальний посібник. Харків : ХНАМГ, 2012. 226 с.
Chengyuan He, Thomas Wu. Permanent Magnet Brushless DC Motor and Mechanical Structure Design for the Electric Impact Wrench System. Energies. 2018. Vol. 11, no. 6. URL: https://doi.org/10.3390/en110 61360.
Łuczak D. Mathematical model of multi-mass electric drive system with flexible connection. 19th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR) : IEEE, Miedzyzdroje, 2–5 September 2014. November 2014.
Зинченко Е. Е., Финкельштейн В. Б. Методика аппроксимации кривых намагничивания вентильных индукторно-реактивных двигателей. Електротехніка і електромеханіка. 2009. № 1. С. 13–16.
Любарский Б. Г., Парфенюк Т. В., Ерицян Б. Х. Аппроксимация зависимостей электромагнитных параметров тягового синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2011. Т. 6, № 4(42). С. 51–54.
REFERENCES
Pavlenko T.P., Skurikhin V.I., Kolotilo V.I., Aharkov I.V., (2018) Analiz problem systemy rulovoho keruvannia troleibusiv ta perspektyvy yikh vyrishennia [Analysis of problems of the trolleybuses steering system and perspectives for their solution], Collection of scientific works of DUIT. Series «Transport Systems and Technologies», 2018, issue 32. part.1, p. 115-123. [in Ukrainian]
Daleka V.H., Hvorost M.V., Skurihin V.I., Skurihin D.I. (2018). Ruhomiy sklad mIskogo elektrichnogo transportu. Mehanichna chastina [Rolling stock of urban electric vehicles. Mechanical part] Tutorial, Kharkiv, NUUE in Kharkiv. [in Ukrainian]
Franke M. (2012) Multidisziplinäre Modellierung und Simulation eines Rolling Rotor Switched Reluktanz Antriebes: Doktoringenieur. Magdeburg, 152 p.
Lyubarskiy B. G., Ryabov E. S. (2011) Modelirovanie elektroprivodov na osnove reaktivnyih induktornyih dvigateley v srede Matlab Simulink [Modeling of electric drives based on reluctance inductor motors using Matlab Simulink]. NTU «KHPI». 404–424. [in Russian]
Franke M., Brutscheck M., Schmucker U. (2009) Modeling and simulation of a rolling rotor switched reluctance motor. 32nd International Spring Seminar on Electronics Technology, Brno, 13–17 May 2009. URL: https://doi.org/10.1109/ISSE.2009.5207002.
Miller T. J. E. (2002) Optimal Design of Switched Reluctance Motors. IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 49, no. 1. P. 83–90.
Pavlenko Т., Petrenko О., Shavkun V., Aharkov I. (2021) Development of a mathematical model of the trolleybus steering system using a rolling rotor switched reluctance motor. «EUREKA: Physics and Engineering». № 4. p. 63–75.
Ryimsha, V.V., Radimov, I.N., Gulyiy, M.V., Kravchenko, P.A. (2010) Usovershenstvovannaya tsepno-polevaya model ventilno-reaktivnogo dvigatelya[Improved chain-field model of the valve-reluctance engine]. ElektrotehnIka I ElektromehanIka. № 5. 24–26 p. [in Russian]
Klimov E.S., (2014) Shhodo vyznachennya momentu oporu povorotu shyny kerovanogo kolesa na misci. [Regarding determining the moment of resistance of the steering wheel tire in place.], Intercollegiate collection 'SCIENTIFIC NOTES'. Lutsk, Issue №46, p.246-251.
Soltus. A. P., Pylypenko V.I., (2008) Vplyv plecha obkatky na hranychnyi za zcheplenniam moment povorotu shyny [Influence of the running arm on the ultimate grip moment of tire rotation], Bulletin of KNPI issue 48, part 1, pp.71-74.
Soltus. A. P., Klimov E.S., (2011) Doslidzhennia osoblyvostei kinematyky vidbytka shyny kerovanoho kolesa pry povoroti na mistsi z rozblokovanym pryvodom [Investigation of Kinematics Features of the Steering Wheel Tire Imprint when Turning in Place with the Unlocked Drive] Mikhail Ostrogradsky Kremenchuk National University , №1, part 1, p 75-79.
Klimov E.S., (2009) Shchodo pytannia vyznachenosti vahovoho stabilizuiuchoho momentu [Concerning the certainty of weight stabilizing moment], Mikhail Ostrogradsky Kremenchuk National University. Issue 1(54), part 1, p. 61-65
Iashchenko D. M. Do vyznachennia momentiv, shcho diiut na keruiuchyi kolisnyi modul avtomobilia. Upravlinnia proektamy, systemnyi analiz i lohistyka. Tekhnichna seriia. 2011. № 8. 229–234.
Soltus. A. P.,(1990) Osnovy teorii rabochego proczessa i rascheta kolesny`kh upravlyayushhikh modulej: monografiya [Fundamentals of the theory of the working process and the calculation of wheel control modules: a monograph], Scientific works, 234 р.
Milykh V. I., Revuzhenko S. A. (2019) Teoriia i praktyka chyselno-polovoho vyznachennia elektromahnitnykh kharakterystyk turboheneratoriv pry yikh roboti v enerhosystemi [Theory and practice of numerical-field determination of electromagnetic characteristics of turbogenerators during their operation in the power system.]. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Elektrychni mashyny ta elektromekhanichne peretvorennia enerhii. № 4. P. 3–15.
A fast-built flux-linkage model for switched-reluctance motors / H.-P. Chi et al. Journal of the Chinese Institute of Engineers. 2006. Vol. 29, no. 6. P. 1071–1080.
Milykh V. I., Shilkova L. V. (2020) Control current method of the concentration of ferromagnetic elements in the working chamber of the technological inductor of magnetic field during its operation. Electrical Engineering & Electromechanics. No. 5. P. 12–17. URL: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.5.02.
Milykh V. I., Tymin M. G. (2021) A comparative analysis of the parameters of a rotating magnetic field inductor when using concentric and loop windings. Electrical engineering & electromechanics. No. 4. P. 12–18.
Aharkov I. V. (2018) Vyznachennia mekhanichnykh parametriv elektrychnoho pidsyliuvacha kerma u systemi rulovoho keruvannia troleibusu [Determination of mechanical parameters of the electric power steering in the trolleybus steering system.]. Zbirnyk naukovykh prats DUIT. Seriia : «Transportni systemy i tekhnolohii», № 35. P. 52–59.
Trolejbus E183D1-01. Kerivny`cztvo z ekspluataciyi, (2006) [Trolleybus E183D1-01. Operation manual], Lviv, 277 p.
Zinchenko E. E., Finkelshteyn V. B. (2009) Metodika rascheta ventilnyih induktorno-reaktivnyih dvigateley. [Method for calculating the valve inductor-reluctance motors] ElektrotehnIka I ElektromehanIka. № 4. P. 24–29.
Ehorov A. V., Nanyi V. V., Yukhymchuk V. D., Pototskyi D. V., (2011) Vyibor optimalnogo materiala dlya serdechnika dvigatelya s katyaschimsya rotorom, s primeneniem chislennyih metodov [Selection of the optimal material for the core of a rolling rotor motor, using numerical methods] Visnik NTU «HPI». № 60. P. 59–62.
Dunev A. A., Maslennykov A. M., Nanyi V.V., Petrenko N. Ya. (2008) Sravnenie konstruktsiy dvigateley s katyaschimsya rotorom. [Comparison of designs of a rolling rotor switched reluctance motor] II UnIversitetska naukovo-praktichna studentska konferentsIya magIstrantIv NTU «HPI»., m. Kharkiv: NTU «HPI», 25–27 berez. 2008 r, P. 57–58.
Nanyi V. V., Myroshnychenko A. H., Yukhymchuk V. D., Dunev A. A. (2007) Vliyanie konstruktsii ventilnogo DKR na parametryi ego magnitnogo polya.[ Influence of the design of the valve RRSRM on the parameters of its magnetic field] VIsnik NTU «HPI». № 25. P. 62–65.
Eyhab El-Kharashi. Design and Analysis of Rolled Rotor Switched Reluctance Motor. Journal of Electrical Engineering and Technology. 2006. Vol. 1, no. 4. P. 472–481. URL: https://doi.org/10.5370/JEET.2006.1.4.472.
M. Franke, M. Brutscheck, H. Mrech and U. Schmucker (2009) Analysis of a rolling rotor switched reluctance motor with power electronic. 17th Telecommunications forum TELFOR 2009, Belgrade, 24–26 November 2009.
Hryshchenko N.V., Semerikov S.O., Chernov Ye.V., Kharadzhian O.A. (1998) Porivnialnyi analiz metodiv aproksymatsii.[Comparative analysis of approximation methods] Kryvyi Rih : KDPI, Р. 25.
DSTU UN/ECE R 79-01-2002. Yedyni tekhnichni prypysy shchodo ofitsiinoho zatverdzhennia dorozhnikh transportnykh zasobiv stosovno mekhanizmiv rulovoho upravlinnia [Uniform technical prescriptions concerning the approval of road vehicles with regard to steering mechanisms](Pravyla EЭK OON № 79-01:1991, IDT ). Vyd. ofits. 29. Skurihin I.L., Kovalenko A.V. (2012). Mehanichne obladnannya ruhomogo skladu miskogo elektrotransportu [Mechanical equipment of rolling stock of city electric transport], Tutorial, Kharkiv: KNAME.
Chengyuan He, Thomas Wu. (2018) Permanent Magnet Brushless DC Motor and Mechanical Structure Design for the Electric Impact Wrench System. Energies. Vol. 11, no. 6. URL: https://doi.org/10.3390/en110 61360.
Łuczak D. (2014) Mathematical model of multi-mass electric drive system with flexible connection. 19th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR) : IEEE, Miedzyzdroje, 2–5 September 2014. November 2014.
Zinchenko E. E., Finkelshteyn V. B. (2009) Metodika approksimatsii krivyih namagnichivaniya ventilnyih induktorno-reaktivnyih dvigateley.[ A technique for approximating the magnetization curves of inductor-reluctance motors] ElektrotehnIka I elektromehanIka. № 1. P. 13–16.
Lyubarskiy B. G., Parfenyuk T. V., Eritsyan B. H. (2011) Approksimatsiya zavisimostey elektromagnitnyih parametrov tyagovogo sinhronnogo dvigatelya s vozbuzhdeniem ot postoyannyih magnitov [Approximation of the dependences of the electromagnetic parameters of a traction synchronous motor with permanent magnet excitation]. Vostochno-Evropeyskiy zhurnal peredovyih tehnologiy. № 4(42). P. 51–54.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.
