Lekcijam10
Transcript of Lekcijam10
-
7/25/2019 Lekcijam10
1/43
Lekcija 10:Automobilski-
nzi
. . .
Elektrotehniki fakultet Sarajevo
o eg : e a ron a
2012/2013
-
7/25/2019 Lekcijam10
2/43
10. Automobilska suspenzija
Sistem suspenzije vozila je odgovoran za:
udobnost komfor u von i
sigurnost u vonji (sistem suspenzije nosi tijelo vozila i
prenosi sve sile izmeu vozila i ceste).
Da bi se osigurao utjecaj ovih svojstava uvode se
poluaktivne ili/i aktivne komponente koje
omoguuju sistemu suspenzije adaptiranje razliitimuvjetima vonje.
Ubrzanje vozila zBje bitan parametar (kvantitet) za
udobnostputnika u vonji. Dinamika promjena optereenja gume Fzdynje mjera
za sigurnost indicira djelovanje sile izmeu gume i
.
-
7/25/2019 Lekcijam10
3/43
Automobilska suspenzija
Sistem suspenzije
-
7/25/2019 Lekcijam10
4/43
Automobilska suspenzija
Poluaktivna suspenzija omoguuje adaptaciju
priguivakih karakteristika amortizera na promjenu
optereenja kotaa i deflekcije suspenzije, npr.
aktivna papuica gasa. Osnovna ideja poluaktivne suspenzije je adaptacija
parametara amortizera ili opruga tijela vozila na
.
Ovo se postie ugradivim procesorom, koji indicira da
,
razmatraju.
Potrebno e odizati odnosno s utati kotae i n a t anain minimizirati vertikalno kretanje vozila.
Sigurnost tokom vonje je ugroena zbog neravnina
na cesti koje uzrokuju vibracije kotaa i vozila.
-
7/25/2019 Lekcijam10
5/43
Automobilska suspenzija
Neophodno je osigurati zadovoljavajue priguenje
ovih vibracija (rezonancije).
Vibracije snano utjeu na poveanje optereenja
kotaa. Ovo optereenje e se smanjiti usljed podizanja
kotaa.
a ova na n ren e zme u o a a ces e, o nosno
razvijena sila kotaa prema cesti pada na nulu, to
moe dovesti do roblema kada se vozilo nalazi u
krivini.
Ovi problemi se mogu izbjei poveanjem priguenja(veliki iznos).
Meutim to poveanje priguenja dovodi do negativnih
e e a a na om or u vo n , er e se u eca neravn na
direktno prenositi na vozilo, a samim time i na putnike.
-
7/25/2019 Lekcijam10
6/43
Automobilska suspenzija
Ovo je posebno izraeno za vibracije u podruju 4-8
Hz, koje su neprijatne ili se manifestiraju
neudobnom (nekomfornom) vonjom.
Glavni zadatak je pronai razuman kompromisizmeu sigurnosti vonje i komfora u vonji.
Poluaktivna suspenzija se temelji na principu da
pr gu en e uv e a ces e mo e m en ano naodgovarajui nain tokom putovanja.
razinu priguenja koja se prvo prepoznaje
kojeg se trigerovanjem ove vibracije sa cestom
mogu reducirati.
-
7/25/2019 Lekcijam10
7/43
Automobilska suspenzija
Dodatno, manevri tokom vonje, koji takoer
zahti eva u ovean e stabilnosti se automatski
prepoznaju, kao naprimjer naglo koenje, brza
vonja u krivinama ili brzo pritiskanje papuicegasa.
Rezultira ue oniran e i val an e vozila treba biti
limitirano veim priguenjem.
,
sljedei korak je odreivanje ispravne razine
ri uen a i ostavl an e n ene vri ednosti naamortizer.
-
7/25/2019 Lekcijam10
8/43
Automobilska suspenzija
Poluaktivna suspenzija
Digitalni kontroler koji
procesira ugradivisoftver.
Centralni element
sistema je amortizer.
Elektronike
omponen e za
D/A pretvorbe.
-
7/25/2019 Lekcijam10
9/43
Automobilska suspenzija
Amortizer
,
naprimjer hidraulikog ulja, da bi pretvorio energiju
kretanja u toplotu.
Ulje se sabija kroz uski ventil u skladu sa kretanjem
kotaa, odnosno vozila.
Ako se upravlja putanjom ulja u skladu sa smjeromprotoka, tada se razliiti dijametri ventila, odnosno
razliite konstante priguenja, mogu postii za
kompresiju i naprezanje.
Osim toga, nekoliko karakteristinih linija priguenja
se moe planirati za odgovarajui amortizer.
-
7/25/2019 Lekcijam10
10/43
Automobilska suspenzija
Amortizer
rotirajueg diska, putanja
hidraulikog ulja je odreenana na n a u e pro az roz
razliite ventile.
ograniena jer se samo ventil
sa rotirajuim diskom moe
koristiti.
Tipina vremena kanjenjaza po e avan e
karakteristine linije iznose
oko 20 ms.
-
7/25/2019 Lekcijam10
11/43
Automobilska suspenzija
Modeliranje softvera
(naprimjer procesori kompatibilni sa 68HC05).
a e e se p e u -u, na on ega se
inicijalno prevodi (kompajlira) u Asembler i
a e pre ompa ra u ma ns o . Za testiranje softvera se najee koriste
mehatronike hardver/softver kosimulacije.
ubrzanja i karakteristika priguenja.
-
7/25/2019 Lekcijam10
12/43
Automobilska suspenzija
Upravljanje poluaktivnim amortizerom
-
reolokih fluida.
a s e e em s a u su pr azan po ua vn
amortizer i njegovo upravljanje.
Upravljanje se sastoji od klasine regulacijskepetlje (brza petlja) i adaptacijske petlje (spora
pe a o om se prera unava u parame r
regulatora usljed promjena u sistemu.
-
7/25/2019 Lekcijam10
13/43
Automobilska suspenzija
Poluaktivni amortizer i njegovo upravljanje
-
7/25/2019 Lekcijam10
14/43
Automobilska suspenzija
Aktivna suspenzija osigurava poseban ulaz sile kao
dodatak na postojee pasivne opruge.
One se mogu realizirati kao hidrauliki, hidro-pneumatski ili
kao pneumatski sistemi.
0 do 5 Hz iznosi 1-2kW, a izmeu 0-12 Hz iznosi 2-7 KW.
Na sljedeoj slici je prikazan primjer hidraulike aktivne
suspenzije sa hidraulikim klipom u seriji sa elinomoprugom.
niskofrekvencijska kretanja vozila (f < 2Hz), usljed valjanja i
poniranja (posrtanja) i reducirale visokofrekvencijske pobudeod strane ceste (f > 6Hz).
Ovo je regulirano sa state-feedback regulatorom sa
ubrzanja tijela vozila zB.
..
-
7/25/2019 Lekcijam10
15/43
Automobilska suspenzija
Sistem hidraulike aktivne suspenzije
Primjer: ABC, Mercedes CL i S klase.
-
7/25/2019 Lekcijam10
16/43
Automobilska suspenzija
Suspenzija prednjih kotaa (front suspension)
Sistemi sus enzi a su neovisni.
jednosegmentni viesegmentni
-
7/25/2019 Lekcijam10
17/43
Automobilska suspenzija
Suspenzija zadnjih kotaa (rear suspension)
Sistemi sus enzi e su meusobno ovisni ovezani
sistemi)
-
7/25/2019 Lekcijam10
18/43
Automobilska suspenzija
Linearna elektromagnetska suspenzija
Na novi i sistem automobilske sus enzi e.
Umjesto opruga i amortizera na svakom kraju
automobila, koriste se linearni elektromagnetskimotori i pojaala snage.
Kada pojaalo snage napaja namote motora, motor
podie i sputa ovjes i na taj nain upravlja kretanjemizmeu kotaa i tijela vozila.
nearn e e tromagnets motor reag ra veoma rzo
na pobudu i obavlja zadatke koji su ranije bili
.
-
7/25/2019 Lekcijam10
19/43
Automobilska suspenzija
Linearna elektromagnetska suspenzija
Sistem LEM suspenzije
zavoju
Standardna suspenzija sa amortizerom LEM suspenzija
-
7/25/2019 Lekcijam10
20/43
10.1. Sistem automobilske suspenzije
Opis sistema
m1=masa kojom se automobil oslanjana kota (masa tijela vozila),
m2=masa kotaa,
k1=konstanta opruge ovjesa,
k2=konstanta opruge gume,
d1=konstanta priguenja,
=
(ulaz u sistem, vertikalna pozicija),
y1=izlaz koji prikazuje kretanje vozila,
y2=izlaz koji prikazuje kretanje kotaa.
Pretpostavlja se da je u ravnotenom stanju y1=0 i y2=0, tako da se utjecaj gravitacijemoe zanemariti.
-
7/25/2019 Lekcijam10
21/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Koristimo ednadbe za ravnoteu sila masa:
= Fma
ymF &&=)()( 1211211 yydyykF += &&
11221222 ymymFymF &&&&&&
==)( 222 yukF =
=
-
7/25/2019 Lekcijam10
22/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Ravnotea sila ednadbe kretan a :
= &&&&)()()( 2221121122 yukyydyykym ++= &&&&
Sreivanjem se dobiva:
1 = &&&&
1
121121
1
1m
&&&&22211211
2
2
m
=
-
7/25/2019 Lekcijam10
23/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Idemo na rikaz modela u rostoru stan a.
Prvo se odabiru stanja, a nakon toga uspostavljaju
ednadbe u rostoru stan a.
Svakoj masi se pridruuju dva stanja, njena pozicija i
brzina res ektivno.
Vektor stanja prikazuje minimalan broj informacijaneophodan u danom trenutku tda bi se bilo u stanju
predvidjeti (predikcija) ponaanje sistema.
Prostor stanja je prikladan za sloenije sisteme(sistemi visokog reda), a posebno za vievarijabilne
sisteme (MIMO sistemi).
-
7/25/2019 Lekcijam10
24/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Prikaz sistema u rostoru stan a:
BuAxx +=& mnnnmn Cxy=
&&
ux ,,,
sljedee jednadbe u prostoru stanja:24231211 ,,, ====
1111111
00010
xxdkdkx&
=
+
+
=
3
2
2
1
23
2
12111
1111
3
2
0100
0001,01000 x
x
y
yu
kx
x
dkkdk
mmmm
x
x
&
&
&
4
24
2222
4 mmmmm
-
7/25/2019 Lekcijam10
25/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Na temel u rikaza sistema u rostoru stan u mo u se
dobiti prijenosne funkcije koritenjem sljedeeg izraza:
Iz ovo izraza sli edi:
s =
Kretanje tijela vozila koji se oslanja na ovjes kotaa:
)())(()()(
11
2
12
2
211
2
1
11211
ksdsmksmksdsm
s
sU
ssG
+++++
+==
2
Kretanje kotaa:
)())(()(
)(11
2
12
2
211
2
1
111222
ksdsmksmksdsmsU
sG
+++++
==
-
7/25/2019 Lekcijam10
26/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Za oin emo sa masama i za svaku masu imamo o dva
stanja.
Ubrzanje je inverzno proporcionalno masi.
-
7/25/2019 Lekcijam10
27/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Dodavan e sile o ru e ko a e ro orcionalna sa k .
Djeluje na mase kotaa i tijela vozila sa razliitim
predznacima.
-
7/25/2019 Lekcijam10
28/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema
Dodavanje sile (proporcionalna sa d1) priguivaa amortizera.
Ova sila djeluje na mase kotaa i vozila sa suprotnim
predznacima.
-
7/25/2019 Lekcijam10
29/43
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema Dodavanje utjecaja djelovanja izmeu kotaa i ceste.
-
7/25/2019 Lekcijam10
30/43
Sistem automobilske suspenzije
Simulacijska shema u Simulink-u
x1x2
y1
11
s
1
s1/m1
k1
d1
x4
x3
2
21
s
1
s
1/m2
k2
u1
-
7/25/2019 Lekcijam10
31/43
Sistem automobilske suspenzije
Suspenzija bez priguenja Nema priguenja u sistemu (niti u amortizeru, niti u gumi)
d1=0.
Dva brza pola (kretanje kotaa) i dva spora pola (kretanjee a voz a .
150Pole-Zero Map
d1=0
50
100
is
0
ImaginaryAxi
-100
-
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-150
Real Axis
-
7/25/2019 Lekcijam10
32/43
Sistem automobilske suspenzije
Suspenzija bez priguenja Sistem na granici stabilnosti.
2.5
kretanje vozila (y1)
2kretanje kotaca (y2)
1
.
y
0.5
-0.5
0d1=0
0 0.5 1 1.5 2
t [s]
-
7/25/2019 Lekcijam10
33/43
Sistem automobilske suspenzije
Dobro priguena suspenzija Amortizer je montiran, ali nema priguenja u gumi.
sc a orno pona an e rz po ova e ez o.
Spori polovi uzrokuju prilino dobro ponaanje.
S ori i olovi raktiki odreu u onaan e sistema.
Pole-Zero Map8
4
Im
aginaryAxis
-2
0
-6
-4
Real Axis
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0-8
-
7/25/2019 Lekcijam10
34/43
Sistem automobilske suspenzije
Dobro priguena suspenzija Bodeov dijagram
Pomak u fazi za 270 na visokim frekvencijama (polni
viak jednak 3 (razlika stupnjeva brojnika i nazivnika)).
0
20
)
Bode Diagram
d1=5000
-40
-20
Magnitud
e(dB
-80
-
0
-180
-90
Phase(deg)
100
101
102
103-270
Frequency (rad/sec)
-
7/25/2019 Lekcijam10
35/43
Sistem automobilske suspenzije
Dobro priguena suspenzija Blizu kritinom priguenju, necikliko ponaanje.
1.4
1
1.2
kretanje kotaca (y2)
0.8
y
0.4
0.6 k1=30000
k2=300000
m1=300
m2=25
0.2
d1=5000
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
t [s]
-
7/25/2019 Lekcijam10
36/43
Sistem automobilske suspenzije
Slabo priguena suspenzija Imamo dva oscilatorna moda i preslabo priguenje.
Malo priguenje sporijih i dominantnih polova.
Pole-Zero Map
80
100
d1=2500
Axis 20
40
Imaginary
-40
-20
0
-80
-60
Real Axis
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0-
-
7/25/2019 Lekcijam10
37/43
Sistem automobilske suspenzije
Slabo priguena suspenzija Bodeov dijagram prikazuje pojaanje ulaza oko niske
Bode Diagram
prirodne frekvencije za sluaj kretanja tijela vozila.
0
(dB)
d1=2500
-100
-50
Mag
nitud
-150
-90
0
)
-180Phase(de
100
101
102
103
104
-270
Frequency (rad/sec)
-
7/25/2019 Lekcijam10
38/43
Sistem automobilske suspenzije
Slabo priguena suspenzija Imamo tendenciju oscilatornog ponaanja.
1.5
kretanje kotaca (y2)
y
0.5k2=300000
m1=300
m2=250
d1=2500
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
t [s]
-
7/25/2019 Lekcijam10
39/43
Sistem automobilske suspenzije
Interpretacija matrica
sistema (ima utjecaj na nazivnik prijenosne
funkcije). Drugim rijeima, matrica A odreuje polove sistema.
povezani. Matrica B ima ut eca na bro nik ri enosne funkci e
to jest na nule prijenosne funkcije.
Matrica C definira kako su izlazi sistema ovezani(takoer ima utjecaja na brojnik prijenosne funkcije).
-
7/25/2019 Lekcijam10
40/43
Sistem automobilske suspenzije
Interpretacija polova
sistemaA.
Ili ekvivalentno korijene nazivnika prijenosne
funkcije.
Svi polovi su locirani u lijevoj poluravnini s-ravnine, to odgovara stabilnom sistemu.
Pol u desnoj poluravnini daje nestabilan
.
Vea udaljenost od ishodita, bri sistem.
-
7/25/2019 Lekcijam10
41/43
Sistem automobilske suspenzije
Interpretacija nula
(odnosno brojnika prijenosne funkcije).
Definira koji ulazni signali su vi e ili manje
blokirani od strane sistema.
Takoer poznati pod imenom prijenosni polovi(MIMO sistemi).
Nula u desnoj poluravnini znai da je inverzna
.toga kompletan model slijeenje (koritenjem
.
-
7/25/2019 Lekcijam10
42/43
Sistem automobilske suspenzije
Ponaanje kotaa
kotaa:
)()()(
222
11
2
1222
ksdsmksYsG
++==
11122111
Jasno je da imamo dvije nule prijenosne funkcije
(prijenosne nule).
Na temelju lokacije ovih nula u s-ravni moe se
razumijeti njihova fizika interpretacija.
-
7/25/2019 Lekcijam10
43/43
Sistem automobilske suspenzije
Ponaanje kotaa raspored polova i nula
indicira da je odreena frekvencija ulaznog signala
djelomino blokirana usljed djelovanja
Pole-Zero Map
100
s
50 d1=3000
ImaginaryAxi
0
-50
Real Axis
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0-100