Transcript 04_Mehatronika_Automobilski mehatronicki procesi

Mehatronika
Mehatronika
Automobilski
mehatronički procesi suspenzija
1
Sadržaj predavanja
1) Automobilska suspenzija
2) Sistem automobilske suspenzije
2
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.
3
Automobilska suspenzija
Sistem suspenzije
4
Automobilska suspenzija


Poluaktivna suspenzija omogućuje adaptaciju
prigušivačkih karakteristika amortizera na promenu
opterećenja točkova, npr. aktivna papučica gasa.
Ovo se postiže ugrađenim procesorom
5
Automobilska suspenzija
Poluaktivna suspenzija
 Digitalni kontroler
koji procesira
instalirani softver.
 Centralni element
sistema je amortizer.
 Elektronske
komponente za A/D i
D/A konverzije.
6
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.
7
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.
8
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.
9
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.
10
Automobilska suspenzija
Upravljanje poluaktivnim amortizerom
11
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.
12
Automobilska suspenzija
Sistem hidraulične aktivne suspenzije
Primer: ABC, Mercedes CL i S klase.
13
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.
14
Automobilska suspenzija
Linearna elektromagnetska suspenzija
ardna suspenzija sa amortizerom
Sistem LEM suspenzije
Automobil u krivini
LEM suspenzija
15
Sistem automobilske suspenzije
Opis sistema
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.
16
Sistem automobilske suspenzije
Modeliranje sistema

Koriste se jednačine za ravnotežu sila masa:
17
Sistem automobilske suspenzije
Modelovanje sistema

Ravnoteža sila (jednačina kretanja):

Sređivanjem se dobiva:
18
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).
19
Sistem automobilske suspenzije
Modelovanje sistema

Prikaz sistema u prostoru stanja:
Izbor promenljivih stanja:
daje sledeće jednačine u prostoru stanja:

20
Sistem automobilske suspenzije
Modelovanje sistema

Sledi da je:

Kretanje tela vozila koje se oslanja na osovinu točkova:

Kretanje točkova:
21
Sistem automobilske suspenzije
Modelovanje sistema

Dodavanje uticaja delovanja između točkova i kolovoza.
22
Sistem automobilske suspenzije
Modelovanje sistema
 Simulaciona šema u Simulink-u
23
Sistem automobilske suspenzije
Suspenzija bez prigušenja
 Sistem na granici stabilnosti.
24
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 se razumijeti
njihova fizička interpretacija.
25