Mathematical simulation of the automatic control of the tractor power unit

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Many manufacturers of agricultural tractors have machines with automatic gearboxes in their product line. The development of the design of this type of transmissions, the control system and the algorithm of its operation is an urgent technical task.

The article considers the issues of mathematical simulation of the working process of the automatic transmission of a wheeled tractor and the automatic transmission control system.

AIMS: The purpose of the work was to determine the optimal control laws of automatic control of a wheeled agricultural tractor engine and transmission in various operating modes using a digital model of the tractor transmission.

METHODS: Simulation of working conditions is performed in the Matlab program digital software packages and its applications – Simulink, Simscape. At the same time, with the help of fundamental data blocks of these applications, models of the physical components of the gearbox and the machine engine and the tractor power transmission control system, are created.

RESULTS: The application procedure of the MATLab–Simulink, Simscape software package for mathematical modeling of transmission operation control is considered. With the help of the developed mathematical model, a simulation of the tractor power unit operation in the main operating modes was carried out in order to optimize the characteristics of the tractor control system.

The scientific novelty of the research lies in the selection and optimization of the transmission control laws in accordance with the requirements to agricultural tractors with an automatic step gearbox.

CONCLUSION: The practical utility (value) of the research lies in the possibility of using the proposed control laws to develop a transmission control system for new tractors with an automatic step gearbox.

About the authors

Sergey I. Hoodorozhkov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: xcu-55@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5646-2998
SPIN-code: 4405-9649

Dr. Sci. (Engin.), Professor Higher school of transport

Russian Federation, 29 Polytechnicheskaya, St.Petersburg 195251

Andrey A. Krasilnikov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: a_kr36@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8680-3175
SPIN-code: 4268-7732

Cand. Sci. (Engin.), Associate Professor Higher school of transport

Russian Federation, 29 Polytechnicheskaya, St.Petersburg, 195251

Matvey S. Gubachov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: matvey1596@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7206-1385
SPIN-code: 5915-4536

Engineer Higher, school of transport

Russian Federation, 29 Polytechnicheskaya, St.Petersburg, 195251

References

  1. Chancellor WJ, Thai NC. Automatic control of tractor transmission ratio and engine speed. Transaction of the ASAE. 1984;27(3):642–646.
  2. Ksenevich IP, Tarasik VP. Sistemy avtomaticheskogo upravleniya stupenchatymi transmissiyami traktorov. Moscow: Mashinostroenie, 1979. (In Russ).
  3. Gubachev MS. Optimizatsiya avtomaticheskogo upravleniya dvigatelem i transmissiei sel’skokhozyai-stvennogo kolesnogo traktora [vypusknaya kvalifikatsionnaya rabota magistra]. Saint Petersburg: Sankt-Peterburgskii politekhnicheskii universitet Petra Velikogo, 2020.
  4. Newman K, Kargul J, Barba D. Development and Testing of an Automatic Transmission Shift Schedule Algorithm for Vehicle Simulation. SAE International Journal of Engines. 2015;8(3): 1417–1427. doi: 10.4271/2015-01-1142
  5. Lei Y, Liu K, Zhang Y, et al. Adaptive Gearshift Strategy Based on Generalized Load Recognition for Automatic Transmission Vehicles. Mathematical Problems in Engineering. 2015;2015:1–12. doi: 10.1155/2015/614989
  6. Ngo DV. Gear shift strategies for automotive transmissions. Gear shift strategies for automotive transmissions [Phd Thesis]. Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, 2012. Available from: https://research.tue.nl/en/publications/gear-shift-strategies-for-automotive-transmissions Accessed: Jun 13, 2022.
  7. Liangjiea G, Tiezhub Z, Yongzhic M. Shift Schedule of Automatic Transmission of Construction Vehicle Based on Matlab/Simulink. Proceedings of AMEII 2016; 2016 Apr 9–10; Hangzhou, Zhejiang, China. Available at: https://www.atlantis-press.com/article/25854676.pdf Accessed: Jun 13, 2022.
  8. Petrov VA. Avtomaticheskie sistemy transportnykh mashin. Moscow: Mashinostroenie, 1974. (In Russ).
  9. Ksenevich IP, Tarasik VP. Teoriya i proektirovanie avtomaticheskikh sistem: uchebnik dlya studentov vyssh. uchebn. zavedenii. Moscow: Mashinostroenie, 1996. (In Russ).
  10. The MathWorks, Inc. Simscape User’s Guide [Internet]. Available from: https://manualzz.com/doc/4120719/simscape-user-s-guide Accessed: Jun 13, 2022.
  11. The MathWorks, Inc. Using SIMULINK [Internet]. Available from: https://manualzz.com/doc/863459/using-simulink Accessed: Jun 13, 2022.
  12. Hoodorozhkov S, Demidov N, Krasilnikov A. Dynamics of Working Processes in Automatic Transmission of Tractors. International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2020;14(2). doi: 10.15866/ireme.v14i2.18264
  13. Demidov NN, Krasilnikov AA, Hoodorozhkov SI. Tractor Gearbox: Research of Shifting Gears’ Processes. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020;17(1):58–71. doi: 10.26518/2071-7296-2020-17-1-58-71
  14. Dvigateli YaMZ-536, YaMZ-5361, YaMZ-5362, YaMZ-5363, YaMZ-5364: Rukovodstvo po ekspluatatsii 536.3902150 RE [Intenet]. Available at: https://izh-maz.ru/data/documents/536.3902150-RE.pdf Accessed: Jun 13, 2022.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Theoretical traction characteristic of a tractor with automatic gear shifting.

Download (62KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Beam diagram of two adjacent tractor gears.

Download (97KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Simulink-Simscape model of a machine and tractor unit.

Download (115KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Driver subsystem.

Download (25KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. State diagram of the selected mode.

Download (94KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Actuators subsystem block diagram.

Download (86KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Body block structure.

Download (76KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Calculation scheme of a tractor with a hook load.

Download (45KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Parameters of working processes of a tractor with an automatic control system at maximum power.

Download (151KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Implementation of constant power mode.

Download (45KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».