Активная гидромеханическая система демпфирования колебаний автомобиля

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (103) 2011
УДК 531: 519.6 Ю. А. БУРЬЯН
В. Н. СОРОКИН Ю. Ф. ГАЛУЗА
Омский государственный технический университет
АКТИВНАЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ АВТОМОБИЛЯ_____________________________
Рассматриваются теоретические возможности демпфирования линейных и угловых колебаний автомобиля с нелинейным управлением активной гидромеханической подвеской. Дан анализ эффективности активной подвески при использовании информации от датчиков угловой скорости и линейной вертикальной скорости подрессоренной массы.
Ключевые слова: демпфирование, колебания, управление, гидропривод.
От характеристик колебаний автомобиля зависят показатели плавности хода, влияющие на допустимые скорости движения, сохранность перевозимого груза, утомляемость водителя и пассажиров.
В настоящее время для амортизации большинства автомобилей используются в основном пассивные методы. Анализ амплитудно-частотных характеристик автомобилей с упругодемпфирующими элементами (стандартные гидропневматические) в системе под-рессоривания показывает их малую эффективность в низкочастотной области (0,5 — 3 Гц) и особенно на частоте, равной собственной частоте колебаний подрессоренной массы автомобиля.
Известно [1], что, например, активная система демпфирования угловых колебаний многоосных автомобилей эффективна в области собственных частот, т. е. низкочастотной области, и малоэффективна на сравнительно высоких частотах (/) 7 Гц), но на этих частотах достаточно хорошо работает стандартная пассивная система.
Для автомобилей повышенной комфортности и проходимости используется активные подвески на базе гидропневматические элементов (подвеска Hy-dractive компании Citroen) или пневматических амортизационных стоек (СДС фирмы Volkswagen). Известно также, что, например, на автомобилях Mercedes-Benz устанавливается подвеска ABC (Activ Body Control), в которой использована гидромеханическая система.
Проблема улучшения ходовых качеств автомобилей различных классов за счёт применения активных подвесок достаточно актуальна.
B данной работе рассмотрена возможность построения активной системы демпфирования угловых и линейных колебаний на базе гидромеханического следящего привода. Шток силового гидроцилиндра следящего привода с пропорциональным быстродействующим сервоклапаном перемещает дополнительную пружину, создавая тем самым усилие для работы активной системы. Управляющие сигналы для работы
Рис. 1. Схема расчётная: Лс — момент подрессоренной массы относительно центра масс (точка С) — тс — подрессоренная масса- т1Г т2 — неподрессоренные массы- ?^Ш, §(1) — кинематические возмущения от неровностей дороги- х1(гс, ф) х2(г с, ф) — относительные перемещения штоков гидроцилиндров 1 и 2- с1Г с2, сА — коэффициенты жесткости пружин- Ь1Г Ь2 — коэффициенты демпфирования штатной подвески и шин соответственно-
2С, ф — линейные и угловые перемещения массы тс- 71 Г 22 — перемещения неподрессоренных масс
сервоклапана формируются по информации об относительном перемещении штока, угловой и линейной скорости подрессоренной массы. При этом в качестве датчиков предполагается использовать миниатюрные, высокочувствительные и дешевые приборы, изготовленные по технологии МЭМС [2] и выдающие сигнал об изменении знака угловой скорости и линейной вертикальной скорости.
При анализе колебаний автомобиля примем плоскостную расчётную схему, а также то, что подрессоренная масса является абсолютно твёрдым телом, имеющим продольную плоскость симметрии.
Расчётная схема для плоской задачи приведена на рис. 1.
При учёте того, что силы тяжести подрессоренной и неподрессоренной масс уравновешиваются силами упругости подвески и шин, и, пренебрегая силами трения в подвеске, система дифференциальных уравнений, соответствующих схеме на рис. 1, будет иметь вид:
тсгс + фгс — г! — г2 + ф (12 — 11)] +
+ Ъ1[2гс — г1 — г2 + ф (12 — А)] =
= ПАХ1(ф, гс) + ПАх2 (ф, гс)
Лер + с[11(гс + ф1! — г1) — 12 (гс +Ф12 — г2)] +
+ Ъ1[11(гс + ф11 — г1) — Ь2 (гс + ф12 — г2)] =
= «А [11 '- х1(ф, г с) — 12 • х2 (ф, г с)] т^ + с2г! — с (гс + ф1! — г[) + Ъ21 —
— Ъ[(г с + & lt-ф1! — ?1) =
= -Пд х1(ф, г с) + с2Х1 + Ъ2Х1
т2г2 + с2г2 — с (гс — ф12 — ?2) + Ъ2г2 —
— Ъ1(г с — ф12 — г 2) =
= -ЙАХ2 (ф, гс) + с2Х2 + Ъ2Х 2.
Принципиальная схема активной гидромеханической системы для одного канала показана на рис. 2. Перемещение штока гидроцилиндра осуществляется
(1)
с помощью следящей системы с пропорциональным сервоклапаном, на управление которым подаётся сигнал
упр
Кус • [кдп • х1 + и1(гс)• и2ф)1
(2)
где Кус и Кдп — коэффициенты передачи усилителя 3 и датчика 6 (рис. 2) — и1 и и2 — сигналы с датчиков линейной и угловой скорости.
Будем полагать, что и! (г с) и и2 (ф) имеют вид, показанный на рис. 3а, б.
Без учёта сжимаемости жидкости в гидросистеме дифференциальное уравнение движения штока гидроцилиндра можно записать в виде [3]
тх + х = ^(г) + Г2 (& lt-ф),
(3)
К1г К1г 0
(3)
при
при
К2& lt-ф пРи |ф|? ф0 К2ф0 пРи |ф|ф0 '-
где
Кд
К д
, К2
К
Кд
ду
, т = -
КК
дп у
^ ъ 1Рп Р сл
5ц — площадь поршня гидроцилиндра-
Ь — ширина окна золотника сервоклапана-
т"0,60, 7-
р — плотность жидкости.
Если учесть, что для большинства автомобилей подрессоренные массы много больше неподрессорен-ных, а коэффициент жесткости шин значительно превышает жесткость подвески (с2)) с1), то в первом приближении можно пренебречь колебаниями масс т1 и т2, то дифференциальные уравнения (1) и (3) запишутся в виде:
I
2
т
ц
г
К1 =
р
Рис. 2. Принципиальная схема активной гидромеханической системы демпфирования: 1 — датчик угловой скорости ф- 2 — датчик линейной скорости? с- 2 — усилитель- 4 — пропорциональный сервоклапан (золотник) —
5 — исполнительный гидроцилиндр- 6 — датчик перемещения штока гидроцилиндра
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (103) 2011 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (103) 2011
и () А / ! & gt- и (? 0) і и (ф) / '- / 1 / 1 / ! ^ и (ф0) г
? 0 / ?0? — ф0 ф0 ф
а) б) _
Рис. 3. Статические характеристики датчиков:
?0 и ф0 — участки пропорциональной зависимости- и0) = К^л • ?0, КАЛ — коэффициент передачи датчика линейной скорости- и (фо) = К^у -фо, КАу — коэффициент передачи датчика угловой скорости
Zc, м
Рис. 5. Колебательный процесс по 7С
Рис. 6. Колебательный процесс по ф
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 г, с
Рис. 7. Результаты моделирования проезда препятствий
тсй с + с[2гс + ф (12 —)] + Ь[[2гс + ф (1 2 — ^)] =
= сА (х1 + х2) + с (Х1 + Х2) + ь1(х1 + Х2) ф + с[11(2с + Ф11) — 12(2с ф 2)] +
+ Ъ1[11^с +ф11) — 12 (?с -ф12)] =
= сА (11 • Х1 — ^2Х2) +
+ с (111 — 122) + Ь1(11Х1 — 122)
ТХ1 + Х1 = ^) + 12 (ф)
ТХ2 + Х2 = ^(?) — 12 (ф)
К^ при [?| & lt- ?о ?0 при [?| & gt- ?0 К2ф пРи |ф|& lt-ф0 К2ф0 пРи |ф| & gt- ф0
Численное решение нелинейной системы уравнений (4) выполнен с помощью пакета прикладных программ «МаИаЪ» с расширением «БшиНпк», схема набора в которой приведена на рис. 4.
(4)
Численный расчёт выполнен для следующих значений коэффициентов системы уравнений (4): т = = 103 кг- с1 = 5. 104 Н/м- сд = 2,5. 104 Н/м- I 1 = 1 м- I2 = 1,1 м- J = 1,25−103 кг? м2- Ь1 = 4. 103 Нс/м- Т = = 0,1 с- К1 = К2 = 1.
На рис. 5, 6 приведены результаты расчёта колебательных процессов из-за начальных условий, на рис. 7, 8 — проезд препятствия высотой 0,1 м и длиной 5 м на скорости 20 км/час для автомобиля с активной и пассивной системой демпфирования.
На рисунках обозначено: 1 — с включенной активной системой- 2 — с выключенной активной системой.
На рис. 9 приведено сравнение амплитуд колебаний системы по координате z с активным демпфированием и штатной системой (по координате ф получены подобные графики).
Результаты исследования показывают, что активная система демпфирования колебаний эффективна на низких частотах, причём максимальный эффект достигается в области резонанса колебательной системы, т. е. для случая наиболее неблагоприятного диапазона частот кинематического возмущения.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (103) 2011 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (103) 2011
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t, с
Рис. 8. Результаты моделирования проезда препятствий
7
^ п 7
10
12
14? , рад/с
Рис. 9. Результаты расчёта отношения при вынужденных колебаниях:
20
1 т — амплитуда колебаний с активной системой-
2 о — амплитуда колебаний без активной системы-
1 — при Т = 0,1 с- 2 — при Т = 0,05 с
0
2
4
6
8
Z
Необходимо также отметить, что рассматриваемое управление гидромеханической системой демпфирования позволяет отключать в зависимости от дорожных условий активное гашение либо вертикальных, либо угловых перемещений.
Библиографический список
1. Бурьян, Ю. А. Управлением угловыми колебаниями автотранспортных средств / Ю. А. Бурьян, В. Н. Сорокин // Механот-роника, автоматизация, управление. -2007. — № 6. — С. 36 — 40.
2. Распопов, В. Я. Микромеханические приборы / В. Л. Распопов. — М.: Машиностроение, 2007. — 400 с.
3. Попов, Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем / Д. Н. Попов. — М.: Машиностроение, 1987. — 464 с.
БУРЬЯН Юрий Андреевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Основы теории механики и автоматического управления». Адрес для переписки: e-mail: yn 7 buryan @ rambler. ru. СОРОКИН Владимир Николаевич, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Основы теории механики и автоматического управления».
Адрес для переписки: e-mail: sorokin. vn@mail. ru ГАЛУЗА Юрий Фёдорович, студент группы ДП-516. Адрес для переписки: e-mail: yourchello@mail. ru
Статья поступила в редакцию 31. 05. 2011 г.
© Ю. А. Бурьян, В. Н. Сорокин, Ю. Ф. Галуза

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой