Lekcijam10

7/25/2019 Lekcijam10

1/43

Lekcija 10:Automobilski-

nzi

. . .

Elektrotehniki fakultet Sarajevo

o eg : e a ron a

2012/2013


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

.


3/43

Automobilska suspenzija

Sistem suspenzije


4/43


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.


5/43


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.


6/43


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.


7/43


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.


8/43


Poluaktivna suspenzija

Digitalni kontroler koji

procesira ugradivisoftver.

Centralni element

sistema je amortizer.

Elektronike

omponen e za

D/A pretvorbe.


9/43


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.


10/43


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.


11/43


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.


12/43


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.


13/43


Poluaktivni amortizer i njegovo upravljanje


14/43


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.

..


15/43


Sistem hidraulike aktivne suspenzije

Primjer: ABC, Mercedes CL i S klase.


16/43


Suspenzija prednjih kotaa (front suspension)

Sistemi sus enzi a su neovisni.

jednosegmentni viesegmentni


17/43


Suspenzija zadnjih kotaa (rear suspension)

Sistemi sus enzi e su meusobno ovisni ovezani

sistemi)


18/43


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

.


19/43


Linearna elektromagnetska suspenzija

Sistem LEM suspenzije

zavoju

Standardna suspenzija sa amortizerom LEM suspenzija


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.


21/43

Sistem automobilske suspenzije

Modeliranje sistema

Koristimo ednadbe za ravnoteu sila masa:

= Fma

ymF &&=)()( 1211211 yydyykF += &&

11221222 ymymFymF &&&&&&

==)( 222 yukF =

=


22/43


Modeliranje sistema

Ravnotea sila ednadbe kretan a :

= &&&&)()()( 2221121122 yukyydyykym ++= &&&&

Sreivanjem se dobiva:

1 = &&&&

1

121121

1

1m

&&&&22211211

2

2

m

=


23/43


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).


24/43


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


25/43


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

+++++

==


26/43


Modeliranje sistema

Za oin emo sa masama i za svaku masu imamo o dva

stanja.

Ubrzanje je inverzno proporcionalno masi.


27/43


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.


28/43


Modeliranje sistema

Dodavanje sile (proporcionalna sa d1) priguivaa amortizera.

Ova sila djeluje na mase kotaa i vozila sa suprotnim

predznacima.


29/43


Modeliranje sistema Dodavanje utjecaja djelovanja izmeu kotaa i ceste.


30/43


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


31/43


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


32/43


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]


33/43


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


34/43


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)


35/43


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]


36/43


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-


37/43


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)


38/43


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]


39/43


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).


40/43


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.


41/43


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

.


42/43


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.


43/43


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

Lekcijam10

Documents