Podręcznik: Pojęcie urządzenia i systemu mechatronicznego w odniesieniu do podwozia mobilnego

1. Pojęcie urządzenia i systemu mechatronicznego w odniesieniu do podwozia mobilnego

Wprowadźmy na wstępie dwie poniższe definicje w oparciu o pojęcie mechatroniki, „podparte” rysunkiem 1 (patrz opis bloku).

[Urządzenie mechatroniczne – urządzenie o budowie modułowej, którego głównym zadaniem jest wykonanie czynności mechanicznej. Urządzenie mechatroniczne składa się z modułu sterowania, który zawiera urządzenie cyfrowe, dalej składa się z modułu wykonawczego oraz modułu sensorów].

[System mechatroniczny – struktura realizująca zadania mechatroniczne tam, gdzie ona funkcjonuje. System mechatroniczny składa się z podsystemu sensorycznego, zbierającego dane o działaniu systemu, dalej składa się podsystemu sterującego, którego zadaniem jest przetwarzanie danych, które docierają z podsystemu sensorycznego, dalej składa się z podsystemu wykonawczego, zmieniającego nastawy elementów wykonawczych oraz składa się z podsystemu łączącego, który przesyła dane między wyżej wymienionymi podsystemami].

Autor niniejszej publikacji nie wątpi, iż Czytelnik interesujący się tym zagadnieniem zauważył, że mechatronika już dawno zaczęła „zagarniać” obszary zastosowań, gdzie do tej pory nie funkcjonowała. Ten proces nie „ominął” także szeroko pojętej motoryzacji, m.in. konstrukcji podwozi dla pojazdów mobilnych, które wyposażone w mechatronikę możemy nazwać już zrobotyzowanymi. Przy czym należy wyraźnie podkreślić, że mowa jest o urządzeniach i systemach mechatronicznych, zamontowanych lub zainstalowanych w podwoziu mobilnym, nie zaś samego podejścia mechatronicznego w projektowaniu podwozi zrobotyzowanych, co również występuje. Podejście mechatroniczne wyjaśnia poniższa definicja.

[Podejście mechatroniczne - projektowanie urządzeń mechatronicznych poprzez wykorzystanie m.in. programów CAD, narzędzi wirtualnego projektowania oraz metod testowania ON-Line].

Przykładowo, zdalne poruszanie w trudnym terenie pojazdem mobilnym bezzałogowym (np. za pośrednictwem pulpitu sterującego i drogi radiowej) po to, aby sprawdzić przyjęte koncepcje w jego budowie (średnicę kół, kąty natarcia i zejścia, itp.) jest niczym innym, jak podejściem mechatronicznym do projektowania podwozia zrobotyzowanego. Ilustruje to rysunek 52.

Rysunek 52: Eksperymentalny dobór kół podwozia mobilnego dla pokonywanej przeszkody: a) podwozie mobilne o zbyt dużej średnicy kół; b) podwozie o właściwej średnicy tych kół.

Rysunek 52a) pokazuje, że w przykładowym tunelu, który z założenia ma być środowiskiem pracy podwozia, nieznana przeszkoda nie pozwoliła na dalszy jego przejazd. Powód jest widoczny – niewłaściwa średnica kół podwozia. Dopiero możliwość zdalnego sterowania wielokrotnym wjazdem i wyjazdem podwozia do i z tunelu umożliwiła operatorowi optymalny dobór kół podwozia, w które zostanie wyposażony pojazd. (Rysunek 52b)).
Nie ulega wątpliwości, że rodzaj urządzenia i systemu mechatronicznego, które zamontowano w podwoziu (przez to) zrobotyzowanym uzależnione są od postawionego takiemu podwoziu zadania w odniesieniu do pojazdu mobilnego, który na tym podwoziu został (lub zostanie) posadowiony. Dla podwozia zrobotyzowanego, które będzie bazą np. dla pojazdu mobilnego wojskowego, przewożącego pojazdy bojowe w obrębie terenu poligonowego, istotne będzie wyposażenie takiego podwozia w dużą liczbę osi z kołami o małej średnicy, niż wyposażenie takiego podwozia w mniejszą liczbę osi, za to z kołami o dużej średnicy. Podwozie, o którym mowa ilustruje rysunek 53.

Rysunek 53: Platforma zrobotyzowana jako naczepa Doll S7P-0S2 do przewozu ciężkich pojazdów bojowych

Widoczne na rysunku 53 podwozie zrobotyzowane wyposażone jest w aż siedem osi z czterema kołami niewielkiej średnicy (jak na pojazd o dużej masie) na oś. Nie wnikając w szczegóły rozwiązań mechatronicznych, które są zamontowane w tym podwoziu, analiza rysunku 53 dużo mówi. Stwierdzić można zatem że są to osie kierowane, zmniejszające promień skrętu podwozia. Kąt skrętu kół każdej z tych osi uzależniony jest od pozycji ciągnika siodłowego, który te podwozie porusza. (Im bliżej skraju podwozia, tym kąt skrętu jest większy). Dodatkowo widzimy dwie opuszczane/podnoszone łapy rampy wjazdowej dla pojazdu bojowego, np. czołgu, które sterowane są nie ręcznie tylko hydraulicznie. Wszystko to jest kontrolowane umieszczonym w podwoziu sterownikiem cyfrowym elektryczno-hydraulicznym, który sterują zaworami elektro-hydraulicznymi i do którego doprowadzonych jest zapewne wiele różnych sygnałów z czujników, które odczytują użyteczne sygnały dla tego układu sterowania.
Zatem podsumowując, urządzenia oraz systemy mechatroniczne, występujące w symbiozie w podwoziu mobilnym czynią z niego podwozie zrobotyzowane. Pierwsze - urządzenie mechatroniczne nie może funkcjonować bez drugiego - systemu mechatronicznego i odwrotnie, drugie nie jest nieprzydatne bez pierwszego. Sygnał czujnika skrętu dyszla podwozia mobilnego z rysunku 53 będzie nieprzydatny, jeżeli nie będzie wykorzystany jako sygnał użyteczny w sterowniku cyfrowym tego podwozia zrobotyzowanego. Podobnie będzie przy sygnale z czujników, które „mówią” o stopniu skrętu poszczególnych osi podwozia, których, jak pokazuje rysunek 53 powinno być dużo. Zadziałanie tych czujników wywołuje pośrednio przerwanie działania elektrozaworów hydraulicznych, które realizują skręcanie tych osi za pośrednictwem hydraulicznych układów wykonawczych. Ponieważ mamy do czynienia z podwoziem mobilnym, ale wojskowym, to nie ulega wątpliwości, że transport wozu bojowego po lub do obszaru przeznaczenia musi móc odbywać się w dowolnym czasie i o dowolnej porze. Zatem nie można nie przyjąć, że opuszczanie i podnoszenie widocznych na rysunku 53 łap rampy tego podwozia dla wjazdu na pokład wozu bojowego (przy zdalnym ich sterowaniu z kabiny kierowcy ciągnika), odbywa się inaczej, niż pod kontrolą innych czujników, które zasygnalizują uzyskany już kontakt łap rampy z podłożem. (Przecież nie można wykluczyć, że opuszczanie łap rampy może odbywać się nocą przez jednego żołnierza - kierowcę, czyli bez możliwości kontroli tegoż przez dodatkowego obserwatora).