Podręcznik

2.1. Aplikacja aktorów pneumatycznych nowego rodzaju w pojeździe mobilnym załogowym

PRZYKŁAD 1: Aktor pneumatyczny wykorzystywany do sterowania parametrami podwozia pojazdu
1.    Opis działania układu (z pojedynczym aktorem pneumatycznym nowego rodzaju)
Rozważany jest układ aktora pneumatycznego, który złożony jest nastawnika nowego rodzaju, którego sterowanie jak pamiętamy odbywa się za pośrednictwem wspólnej linii przesyłowej sprężonego medium (patrz p.2.4.2) oraz złożony jest z przetwornika energii tegoż medium, którym w tym przypadku jest opona pneumatyczna (każdego koła podwozia). Układ ten kształtujący parametry podwozia pojazdu poprzez sterowanie pompowaniem/upuszczaniem medium z pojedynczej opony pneumatycznej ilustruje rysunek 87.

Rysunek 89: Schemat sterowania pompowaniem/upuszczaniem medium z opony pneumatycznej 

Dla uświadomienia Czytelnikowi sposobu sterowania tym aktorem zastosowano odmienną kolorystykę linii (lub strzałek) przesyłowych niskiego ciśnienia, gdzie:
•    linia niebieska oznacza linię przesyłową doprowadzającą sprężone medium do układu sterowania pneumatycznego, które to medium sprężarka powietrza pojazdu „zgromadziła” w zbiorniku pokładowym. Układ sterowania składa się z trzech elektrozaworów EZ1 do EZ3 typu 2/2, zasilanych napięciem pokładowym pojazdu, czyli DC 12V lub DC 24V, które są wyłączone przy niedziałającym układzie sterowania.
•    linia czerwona oznacza linię przesyłową doprowadzającą sprężone medium do opony pojazdu podczas jej pompowania. Czytelnik zapewne już wie, że aby to nastąpiło to tylko elektrozawór EZ1 powinien się załączyć przy trybie pracy nastawnika nowego rodzaju przypominającym działanie zaworu zwrotnego w kierunku przepływu czynnika.
•    linia zielona oznacza linię przesyłową rozsprężanego już do atmosfery medium, co odbywa się za pośrednictwem załączonego elektrozaworu EZ2 przy wyłączonych EZ1 i EZ3 oraz trybie pracy nastawnika nowego rodzaju przypominającym tryb pracy zaworu zwrotnego sterowanego czynnikiem roboczym. 
•    linia żółta oznacza linię przesyłową rozsprężanego także do atmosfery medium z opony pneumatycznej, ale celem całkowitego wyłączenia nastawnika nowego rodzaju. Odbywa się za pośrednictwem załączonego elektrozaworu EZ3 przy wyłączonych EZ1 i EZ2. Tryb pracy nastawnika nowego rodzaju przypomina tryb pracy zaworu zwrotnego sterowanego przy braku sygnału sterującego.
Rysunek 89 pokazuje także oprócz różnej kolorystyki i różną grubość linii przesyłowych, co ma uświadomić Czytelnikowi istniejące w tych liniach różne natężenie przepływu sprężonego lub rozsprężanego z opony medium. Zatem przekrój linii przesyłowej czerwonej jest większy niż zielonej, jednak zdecydowanie mniejszy niż żółtej. Jak pamiętamy z podrozdziału 2.4.2. linia ta powinna być o przekroju największym, bowiem załączenie elektrozaworu EZ3 powinno samoczynnie przestawić tryb pracy nastawnika na całkowite odcięcie opony. To wynika po prostu z konstrukcji wewnętrznej nastawnika nowego rodzaju.
2.    Praktyczna realizacja układu kształtującego parametry podwozia pojazdu mobilnego
Należy zaznaczyć, że w praktyce układ sterowania aktorem pneumatycznym według koncepcji z rysunku 89 jest bardziej złożony niż to zilustrowano na tym rysunku. Wynika to z wielu uwarunkowań wynikających, dla których najbardziej kluczowe to masa pojazdu mobilnego, wielkość jego opon oraz przedział ciśnień w tychże oponach ze względu na rodzaj pokonywanego przez to podwozie terenu. (Czytelnik zapewne się domyślił, że sterowanie pompowaniem/upuszczaniem powietrza z opony według zilustrowanej koncepcji nie odbywa się dla zabawy tylko w określonym celu, którym jest właśnie zwiększenie mobilności podwozia). Rysunek 90 ilustruje jak najbardziej zbliżony do rzeczywistości i możliwy do ujawnienia Czytelnikowi schemat sterowania pojedynczym nastawnikiem nowego rodzaju, który wykorzystywany jest w podwoziach mobilnych o dużych gabarytach.  

Zapewne Czytelnik rozpoznaje na rysunku 90 strukturę układu z rysunku 89. Elementami dodatkowymi, oprócz oczywiście widocznych dwóch odlewów, w których „zamknięto” elementy z rysunku 89 są:
•    czujnik ciśnienia, którego zadaniem jest podawanie do komputera pokładowego informacji o aktualnej wartości ciśnienia w oponach pojazdu;
•    zawór bezpieczeństwa, który wyzwala się po przekroczeniu niebezpiecznej dla opon wartości ciśnienia medium odprowadzając nadmiar tegoż do atmosfery;
•    króciec „tradycyjnego” zaworu koła, który pozwala na awaryjne pompowanie/upuszczanie powietrza z koła podwozia.
3.    Uwarunkowania odnośnie sterowania układem pneumatycznym z rysunku 89 i 90
Pomimo jak się wydaje dosyć prostego systemu pneumatycznego z rysunku 89 z trzema elektrozaworami EZ1 do EZ3 (dla którego moglibyśmy zaserwować nieskomplikowany układ sterowania), to w praktyce realizowane jest to poprzez mikroprocesorowy układ sterowania, którego algorytm działania dedykowany jest indywidulanie dla określonego typu pojazdu, spełniający uwarunkowania podane w punkcie 2-gim. Kierowca pojazdu jako operator ma do dyspozycji odpowiedni panel sterujący, umieszczony w kabinie pojazdu, którym się posługuje podczas jego użytkowania wybierając odpowiednie tryby pracy tego układu. Panel taki pokazano na rysunku 91. 

Rysunek 91: Panel kontrolno-sterujący dla systemu z rysunku 90

Przypomnijmy, że tak naprawdę analizujemy działanie układu CTIS (ang. Central Tire Inflation System), w którym zespół aktora pneumatycznego dla kształtowania parametrów podwozia mobilnego zgodnie z zadaniem stanowią: zawór koła (ang. wheel valve), który jest nastawnikiem nowego rodzaju oraz opona pneumatyczna koła, która jest przetwornikiem energii medium. (Jeżeli Czytelnik przywoła samą definicję aktora pneumatycznego i powiąże ją z jego rolą w sterowaniu parametrami podwozia pojazdu mobilnego, to pojawiająca się wątpliwość, iż zespół z rysunku 89 i 90 jest de facto aktorem pneumatycznym powinna się rozwiać). Rysunek 92 ilustruje schemat z rysunku 89 uzupełniony o elementy kontrolno-sterujące, które wymagane są dla zaproponowania algorytmu sterowania.  

Rysunek 92: Schemat sterowania pojedynczym aktorem pneumatycznym w systemie CTIS

4.    Algorytm w postaci blokowej dla układu sterowania z rysunku 92
Na podstawie rysunku panelu sterującego widać, że oprócz podstawowych przycisków sterujących, czyli ON/OFF kierowca pojazdu wybiera następujące tryby pracy układu CTIS (co się przekłada oczywiście na sposób sterowania aktorem pneumatycznym z rysunku 92):
•    EMERGENCY – tryb ten pozwala kierowcy dostosować ręcznie minimalną wartość ciśnienia sprężonego medium w oponie ze względu np. na przebicie opony, co ma pozwalać na kontynuowanie jazdy.
•    MUD, SAND & SNOW – wybranie przez kierowcę tego trybu dostosowuje i automatycznie utrzymuje wartość ciśnienia medium w oponie pod kątem pokonywania przez pojazd trudnego terenu, jakim jest piach, błoto czy śnieg. Nastawa tej wartości ciśnienia medium jest poprzedzona najpierw badaniami producenta pojazdu dla konkretnych opon.
•    CROSS COUNTRY – wybranie przez kierowcę tego trybu dostosowuje i automatycznie utrzymuje wartość ciśnienia medium w oponie pod kątem pokonywania przez pojazd terenów takich jak oranka. Tak jak poprzednio wartości ciśnienia medium jest poprzedzona najpierw badaniami producenta pojazdu dla konkretnych opon.
•    HIGHWAY – tryb wartości ciśnienia medium w oponie dla pokonywaniu drogi utwardzonej typu asfalt.
Rysunek 93 ilustruje koncepcję algorytmu w postaci blokowej, którego konstrukcja logiczna wynikła z przyjętych założeń odnośnie sposobu sterowania układu z rysunku 92. 

Rysunek 93: Algorytm w postaci blokowej dla układu z rysunku 92

5.    Podsumowanie
Wykorzystanie struktury układu z rysunku 89 „zamienione” na układ z rysunku 90 zarezerwowane jest wyłącznie dla takich pojazdów mobilnych, które na skutek ich konstrukcji pozwalają na montaż takich systemów w swoim podwoziu. Analiza rozwiązania, a głównie miejsca zamocowania na (w) feldze nastawnika nowego rodzaju oraz konieczność doprowadzenia do niego sprężonego medium nomen omen podczas normalnego obrotu kola pojazdu każe założyć, że poprowadzenie widocznej na rysunkach linii przesyłowej nie może się odbyć inaczej jak tylko poprzez wykorzystanie elementów konstrukcyjnych pojazdu. A konkretnie piasty koła lub/i półosi napędowej. I mamy odpowiedź, że w „zwykłym” podwoziu pojazdu taki montaż nie może mieć miejsca. Zaznaczmy na koniec, że systemy takie są zaliczane do grupy systemów pneumatycznych, które kształtują parametry podwozia pojazdu mobilnego dla konkretnych podłoży, po których ten pojazd powinien się poruszać.