Напрями застосування інтегрованих iнерцiйних модулів для керування гідравлічним приводом відвала автогрейдера

Abstract

UA: У статтi розглянуто пiдхiд щодо пiдвищення точностi та стiйкостi керування вiдвалом автогрейдера через iнтеграцiю iнерцiйних вимiрювальних модулiв (IMU) безпосередньо в конструкцiю вiдвала. Проаналiзовано сучаснi системи автоматизованого керування вiдвалом, що базовані на GNSS- та IMU-технологiях, а також виявлено їхні обмеження, пов’язанi з розмiщенням датчикiв на рамi машини або щоглах, чутливiстю до втрати супутникового сигналу і вразливiстю до механiчних пошкоджень. Запропоновано структурну схему системи стабiлiзацiї вiдвала з локальним IMU, який вимiрює просторовi кути орiєнтацiї та лiнiйнi прискорення вiдвала. Сформовано математичнi спiввiдношення для визначення просторового положення рiжучої кромки вiдвала за даними IMU, ходу гiдроцилiндрiв і навiгацiйної системи. Описано алгоритм роботи замкненої системи керування, у якiй відхилення вiд проєктної поверхні компенсують зміни положення відвала за допомогою гiдропривода. Показано, що iнтеграцiя IMU безпосередньо у вiдвал дає змогу пiдвищити точнiсть витримування поздовжнього та поперечного уклонiв, зменшити вплив люфтiв у кiнематичних ланцюгах і покращити рiвномiрнiсть зношування рiжучої кромки. Сформульовано основнi переваги i обмеження запропонованого пiдходу, а також намiчено напрями подальших дослiджень.

EN: The paper presents an approach to improving the accuracy and robustness of motor grader blade control by integrating inertial measurement units (IMU) directly into the blade structure. Modern automated blade-control solutions based on GNSS and IMU technologies are reviewed, and their practical limitations are identified, including sensitivity to kinematic backlash in the frame-circle-blade chain, dependence on satellite signal quality in partially obstructed environments, and vulnerability of external mounting components to vibration and impact loads. A structural control scheme is proposed in which a blade-mounted IMU acts as a local orientation reference and provides high-rate angular and linear motion data for closed-loop stabilization. Mathematical relationships are formulated for estimating cutting-edge position in global coordinates using fused IMU measurements, hydraulic-cylinder stroke data, and navigation inputs. The control workflow includes state estimation, generation of height and slope error signals relative to the design surface, and computation of hydraulic commands subject to smoothness and actuator-saturation constraints. The expected engineering effect of the proposed architecture is improved longitudinal and cross-slope tracking, lower sensitivity to structural compliance and joint wear, and more stable blade behavior in transient operating modes. Implementation requirements are also outlined, including protected sensor placement, calibration procedures, and compensation of drift under temperature and vibration disturbances. The proposed concept can serve as a practical basis for further simulation and field validation of grader blade stabilization systems. The approach is intended to support repeatable grading quality, reduce corrective passes, and improve overall site productivity.