Mehatronika Automobilski mehatronički procesi - suspenzija

1. MehatronikaAutomobilski mehatronički procesi -suspenzija Mehatronika

2. Sadržaj predavanja • Automobilska suspenzija • Sistem automobilske suspenzije

3. Automobilska suspenzija • Sistem suspenzije vozila je odgovoran za: • udobnost (komfor) u vožnji, • sigurnost u vožnji (sistem suspenzije nosi telo vozila i prenosi sve sile između vozila i kolovoza). • Da bi se osigurao uticaj ovih osobina uvode se poluaktivne ili/i aktivne komponente koje omogućuju sistemu suspenzije adaptiranje različitim uslovima vožnje. • Ubrzanje vozila zB je bitan parametar (kvantitet) za udobnost putnika u vožnji. • Dinamička promena opterećenja gume Fzdyn je mera za sigurnost - indukuje delovanje sile između gume i kolovoza.

4. Automobilska suspenzija Automobilska suspenzija • Sistem suspenzije

5. Automobilska suspenzija • Poluaktivna suspenzija omogućuje adaptaciju prigušivačkih karakteristika amortizera na promenu opterećenja točkova, npr. aktivna papučica gasa. • Ovo se postiže ugrađenim procesorom

6. Automobilska suspenzija Poluaktivna suspenzija • Digitalni kontroler koji procesira instalirani softver. • Centralni element sistema je amortizer. • Elektronske komponente za A/D iD/A konverzije.

7. Automobilska suspenzija Amortizer • Amortizer tečnosti koristi Stokesovo trenje viskozne tečnosti, npr.hidrauličkog ulja, da bi pretvorio energiju kretanja u toplotu. • Ulje se sabija kroz uski ventil u skladu sa kretanjem točkova, odnosno vozila. • Ako se upravlja putanjom ulja u skladu sa smerom protoka, tada se različiti dijametri ventila, odnosno različite konstante prigušenja, mogu postići za kompresiju i naprezanje. • Osim toga, nekoliko karakterističnih linija prigušenja se može planirati za odgovarajući amortizer.

8. Automobilska suspenzija Amortizer • Korištenjem ventila u obliku rotirajućeg diska, putanja hidrauličkog ulja je određena na način da ulje prolazi kroz različite ventile. • Potrošnja energije je stoga ograničena jer se samo ventil sa rotirajućim diskom može koristiti. • Tipična vremena kašnjenja za podešavanje karakteristične linije iznose oko 20 ms.

9. Automobilska suspenzija Modeliranje softvera • Softver se izvršava na ugrađenom procesoru (npr procesori kompatibilni sa 68HC05). • Najčešće se piše u C-u, nakon čega se inicijalno prevodi (kompajlira) u Asembler i dalje prekompajlira u mašinski kôd. • Za testiranje softvera se najčešće koriste mehatroničke hardver/softver kosimulacije. • Jednostavniji modeli opisuju zavisnosti između ubrzanja i karakteristika prigušenja.

10. Automobilska suspenzija Upravljanje poluaktivnim amortizerom • Upravljanje se sastoji od klasične regulacione petlje (brza petlja) i adaptacijske petlje (spora petlja) kojom se preračunavaju parametri regulatora usled promena u sistemu.

11. Automobilska suspenzija Upravljanje poluaktivnim amortizerom

12. Automobilska suspenzija • Aktivna suspenzija osigurava poseban ulaz sile kao dodatak na postojeće pasivne opruge. • One se mogu realisati kao hidraulički, hidro-pneumatski ili kao pneumatski sistemi. • Zahtevana energija za putnički automobil u radnom opsegu od 0 do 5 Hz iznosi 1-2kW, a između 0-12 Hz iznosi 2-7 KW.

13. Automobilska suspenzija Automobilska suspenzija • Sistem hidraulične aktivne suspenzije • Primer: ABC, Mercedes CL i S klase.

14. Automobilska suspenzija Linearna elektromagnetska suspenzija • Najnoviji sistem automobilske suspenzije. • Umesto opruga i amortizera na svakom kraju automobila, koriste se linearni elektromagnetski motori i pojačavači snage. • Kada pojačavač snage napaja namotaje motora, motor podiže i spušta osovinu i na taj način upravlja kretanjem između točkova i tela vozila. • Linearni elektromagnetski motor reaguje veoma brzo na pobudu i obavlja zadatke koji su ranije bili rezervisani za amortizer.

15. Automobilska suspenzija Linearna elektromagnetska suspenzija Sistem LEM suspenzije Automobilu krivini LEM suspenzija Standardna suspenzija sa amortizerom

16. Sistem automobilske suspenzije m1=masa kojom se automobil oslanja na točkove, m2=masa točkova, k1=konstanta opruge osovine, k2=konstanta opruge gume, d1=konstanta prigušenja, u=premećaj uzrokovan oblikom kolovoza (ulaz u sistem, vertikalna pozicija), y1=izlaz koji prikazuje kretanje vozila, y2=izlaz koji prikazuje kretanje točkova. Opis sistema

17. Sistem automobilske suspenzije Modeliranje sistema • Koriste se jednačine za ravnotežu sila masa:

18. Sistem automobilske suspenzije Modelovanje sistema • Ravnoteža sila (jednačina kretanja): • Sređivanjem se dobiva:

19. Sistem automobilske suspenzije Modelovanje sistema • Sledeći korak je prikaz modela u prostoru stanja. • Prvo se odabiru stanja, a nakon toga uspostavljaju jednačine u prostoru stanja. • Svakoj masi se pridružuju dva stanja, njena pozicija i brzina, respektivno. • Vektor stanja prikazuje minimalan broj informacija neophodan u datom trenutku t da bi se bilo u stanju predikcija ponašanje sistema. • Prostor stanja je prikladan za složenije sisteme (sistemi visokog reda), a posebno za viševarijabilne sisteme (MIMO sistemi).

20. Sistem automobilske suspenzije Modelovanje sistema • Prikaz sistema u prostoru stanja: • Izbor promenljivih stanja: daje sledeće jednačine u prostoru stanja:

21. Sistem automobilske suspenzije Modelovanje sistema • Sledi da je: • Kretanje tela vozila koje se oslanja na osovinu točkova: • Kretanje točkova:

22. Sistem automobilske suspenzije Modelovanje sistema • Dodavanje uticaja delovanja između točkova i kolovoza.

23. Sistem automobilske suspenzije Modelovanje sistema • Simulaciona šema u Simulink-u

24. Sistem automobilske suspenzije Suspenzija bez prigušenja • Sistem na granici stabilnosti.

25. Sistem automobilske suspenzije Ponašanje točkova • Prenosna funkcija koja opisuje vertikalno kretanje točkova • Postoje dve nule prenosne funkcije • Na temelju lokacije ovih nula u s-ravni može serazumijeti njihova fizička interpretacija.