Моделирование и управление системой подрессоривания автомобиля в среде matlab-simulink

Министерство образования и науки Российской Федерации Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Институт энергетики и транспортных систем



Работа допущена к защите

Заведующий кафедрой

___________ Ю.В. Галышев

«___»______________2018 г.







ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА





МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ПОДРЕССОРИВАНИЯ АВТОМОБИЛЯ В СРЕДЕ MATLAB-SIMULINK

по направлению 23.04.02 Наземные транспортно-технологические комплексы (программа «Автомобили»)

Выполнил
студент гр.23245/51	<подпись>	А.В. Попов


Руководитель	<подпись>	С.И. Худорожков



















Санкт-Петербург


2018

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО Институт энергетики и транспортных систем

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой


Ю.В.ГАЛЫШЕВ
«   »
2018 г.






ЗАДАНИЕ

по выполнению выпускной квалификационной работы


студенту__________________________________________________________________

фамилия, имя, отчество (при наличии), номер группы

1. Тема работы: _____________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________

2. Срок сдачи студентом законченной работы:___________________________________

3. Исходные данные по работе:________________________________________________
________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_____________________________________________

4. Содержание работы (перечень подлежащих разработке вопросов):________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

5. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей):__________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_____________________________________________

6. Консультанты по работе:____________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

____________________________________________________________


7. Дата выдачи задания  _________________________________



Руководитель ВКР________________________



___________________


(подпись)


(инициалы, фамилия)


Задание принял к исполнению _____________________________

(дата)


Студент________________________


____________________


(подпись)


(инициалы, фамилия)

РЕФЕРАТ


56 с., 36 рисунков, 2 таблицы.



КОМПЬЮТЕРНЫЕ-ТЕХНОЛОГИИ, ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ, MATLAB-SIMULINK, СХЕМА, УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ПОДРЕССОРИВАНИЯ, АКТУАТОР



     В Диссертации представлены методы адаптивного управления подвеской транспортных средств в программе MATLAB - Simulink, которые значительно улучшают характеристики мехатронных систем подрессоривания, регулируя привод и параметризируя контроллер для необходимого состояния. Таким образом, комфорт езды может повыситься, а динамическая нагрузка на колесо и отклонения подвески остаются некритичными. Представленная концепция —

это адаптивная структура контроля перемещений, которая динамически адаптируется между различными настроенными регуляторами. Необходимые оценки вектора состояния и динамической нагрузки на колеса обеспечиваются подбором параметров и отрицательной обратной связью. Эффективность метода успешно подтверждена в экспериментах на компьютерной модели транспортного средства с полностью активной подвеской. Для преодоления недостатков активных систем, то есть прежде всего их высокой мощности и сложных приводов, представлен расчёт работы этой системы. Система включает в себя демпфер и пружину подключенной параллельно, актуатор – управляющий механизм, необходимую обратную связь для расчета поддержания малых колебаний корпуса автомобиля и, как следствие, колебаний самого водителя и пассажиров и необходимые датчики. Управляющий подход эмулирует динамическое поведение подвески, чтобы улучшить комфорт поездки для текущих входных неровностей при сохранении всех ограничений.

THE ABSTRACT

56 pages, 36 pictures, 2 tables.



COMPUTER-TECHNOLOGIES, FEEDBACK, MATLAB-SIMULINK, SCHEME, CONTROL SYSTEM OF SUSPENSION, ACTUATOR



     In the dissertation are presented the methods of adaptive control of the suspension of vehicles in the MATLAB-Simulink program, which significantly improve the characteristics of mechatronic suspension systems, regulating the drive and parametrizing the controller for the required state. Thus, ride comfort can increase, and the dynamic load on the wheel and the suspension deviations remain uncritical. The presented concept is an adaptive structure of movement control, which dynamically adapts between different tuned regulators. Necessary estimates of the state vector and the dynamic load on the wheels are provided by the selection of parameters and negative feedback. The effectiveness of the method has been successfully confirmed in experiments on a computer model of a vehicle with a fully active suspension. To overcome the shortcomings of fully active systems, that is, first of all their high power and complex drives, the calculation of the energy necessary for this system is presented. The system includes a damper and a spring connected in parallel, an actuator is a control mechanism, the necessary feedback for calculating the maintenance of small fluctuations in the body of the car and, as a consequence, the oscillations of the driver and passengers themselves and the necessary sensors. The control approach emulates the dynamic behavior of the suspension to improve ride comfort for current input irregularities while maintaining all restrictions.
     
СОДЕРЖАНИЕ




Введение…………………………………………………………………
8
Глава 1. Предисловие и введение…………………………………………
11
1.1.
Описание проблемы…………………………………………………
11
1.2.
Цель и назначение исследования…………………………………
11



1.3.
Основное содержание и методы исследования……………………
13
1.4.
Определение комфортных условий для водителей………………
14
Глава 2. Обзор систем подрессоривания ……………..………………
17
2.1.   Виды подвески и их производительность………………………
17
2.1.1. Пассивная подвеска………………………………………………
17
2.1.2. Полуактивная подвеска……………………………………………
19
2.1.3. Активная подвеска…………………………………………………
19
2.2.   Способы управления активной подвеской…………………………
21
2.2.1 Существующие системы управляемой подвески автомобиля……
21
2.2.2. Магнитореологический   амортизатор   в   системе управления


подвеской автомобиля………………………………………………
22
2.3.   Математические модели подвески транспортного средства……
25
2.3.1. Математическая модель пассивной подвески……………………
25
2.3.2. Математическая модель активной подвески…………………………
27
2.4.
Сигналы имитации дорожной неровности…………………………….
31

2.5. Конвертация модели из программы SolidWorks в программу

MATLAB-Simulink………………………………………………
35
Глава 3. Моделирование   и   управление   системой подрессоривания


автомобиля…………………………………………………………
38
3.1.
Представление модели………………………………………………
38
3.2.
Результаты моделирования…………………………………………….
42
3.2.1
Спектральная плотность ускорений корпуса модели………………
43
3.2.2
Работа при различных степенях действия актуаторов……………….
47
3.2.3.
Амплитуда колебаний…………………………………………………
49
3.3.
Выводы…………………………………………………
52
Заключение……………………………………………………………………
53
Список использованных

источников………………………………………….
55

ВВЕДЕНИЕ




     Очень много людей и животных ежегодно во всем мире во время дорожно-транспортных происшествий страдают от несчастных случаев на дорогах, к сожалению, и со смертельным исходом. Безопасность езды и возможности передвижения автомобиля в основном определяются системой подрессоривания, которая передает силы между автомобилем и дорогой. Система подвески должна не только позволять водителю контролировать транспортное средство в критических ситуациях, но также обеспечивать высокий уровень комфорта езды, чтобы предотвратить физическую усталость водителя. Более того, поскольку система подвески существенно влияет на субъективное впечатление от транспортного средства, требования клиентов относительно безопасности и комфорта езды современных автомобилей постоянно растут. Эти положения представляют собой проблему для проектирования систем подвески автомобилей.

     Основными частями, распространенных пассивных систем подвески являются подрессорная, неподрессорная части, пружинные и демпферные элементы, рулевое управление и тормоза. Динамическое поведение пассивных систем подвески автомобилей определяется главным образом выбором пружины (жесткость) и демпфера (коэффициент демпфирования). Для выбора настройки пружины и демпфера учитываются разные параметры. С одной стороны, подвеска должна обеспечивать отличный комфорт при движении с помощью мягкой пружины и установки демпфера, изолирующего шасси от вибраций, вызванных дорогой. С другой стороны, транспортное средство должно управляться водителем, чтобы обеспечить безопасность езды, что требует жесткой, хорошо демпфированной связи между транспортным средством и дорогой, особенно для нестационарных маневров вождения, например, вождение грунтовой дороге или в поворотах. Следовательно, требования относительно комфорта и безопасность противоречат друг другу. Появляется поле для исследований и нововведений.

8

     Мехатронные подвески являются современным представлением систем подрессоривания, используя управляемые усилительные приводы между колесами и кузовом (активная подвеска) или регулируемые демпферы (полуактивная подвеска) для улучшения динамического поведения. Такая система подвески оснащена бесступенчатыми демпферами и активными

стабилизаторами поперечной устойчивости для улучшенными характеристиками подвески и позволяет водителю выбирать различные настройки подвески. Однако для всех активных систем подвески требуется внешний источник питания, что, в частности, приводит к высоким требованиям для приводов транспортных средств с высокой эффективностью.

     Простой показатель комфорта езды - значение ускорения вертикальных колебаний, которые должны быть низкими, чтобы обеспечить отличное впечатление от подвески транспортного средства. Для обеспечения безопасности езды шины должны иметь возможность передавать вертикальные и боковые силы между автомобилем и дорогой, что возможно только в том случае, если колесо остается в контакте с дорогой.

     Можно предположить, что настройки пружины и демпфера оказывают значительное влияние на производительность подвески. Пассивная система подвески представляет собой постоянные характеристики для жесткости и демпфирования. Более высокая комфортность езды может быть достигнута, если понизить жесткость пассивной системы подрессоривания. Полуактивная система может регулировать параметры амортизаторов и улучшать комфорт езды или безопасность езды. Даже если жесткость может быть значительно снижена, инженерам придется выбирать, должны ли водитель и пассажиры ехать комфортно или настроить подвеску, ориентированную на безопасность, поскольку улучшение одного приводит к ухудшению другого.

     Комфорт и безопасность поездки могут быть значительно усилены мешатронными системами подвески, особенно благодаря так называемым «полностью активным» системам, которые включают в себя приводы со способностью для активного контроля автомобиля. Следовательно, важным

9

фактом является то, что к требуемому компромиссу между комфортом и безопасностью могут приблизиться мехатронные системы подвески.

Параметры настройки подвески меняются от выбора составных элементов

и взаимодействует с выбором контроллера подвески. Наиболее важными преимуществами мехатронных подвесных систем являбтся быстродействие и адаптация, обеспечиваемые компонентами привода. Имеет место быть присутствие временной задержки, и настройка системы подрессоривания не всегда может обеспечить оптимальные результаты для каждого режима движения. Из-за ограничений полный потенциал работы систем не может быть использован, так как требуется их соблюдение для различных профилей дорог,

что вводит консерватизм в конструкцию алгоритмов и действий.

     Поэтому есть необходимость развивать и расширять границы для адаптивных, активных систем подрессоривания и управления этими системами. Как полагается, начинать следует с построения правдоподобной модели системы подрессоривания и нахождения оптимального управления этой системой. Как раз пакет программ MATLAB-Simulink отлично подходит для этого. В данной работе будет представлено несколько схем системы подрессоривания и определение работы исполнительных механизмов (актуаторов).





























10

ГЛАВА 1. ПРЕДИСЛОВИЕ И ВВЕДЕНИЕ



1.1. Описание проблемы



     Подвеска транспортных средств - самая значительная их часть, которая влияет на эффективность и качество езды на транспортном средстве. Традиционные системы подвески используют комбинацию комплектов пружин

и амортизаторов для снижения вибрации транспортного средства. Пассивная система подрессоривания имеет наибольшее распространение, коэффициенты жесткости пружины и демпфера остаются постоянными и не могут регулироваться в зависимости от дорожной поверхности, а активная система может автоматически создавать противодействующую силу для поддержания устойчивости транспортного средства. Она же включает в себя множество сложных технических проблем, таких как мехатроника, электроника и материаловедение, но эта диссертация сосредоточена на его системах и методах управления, а не на обсуждении других аспектов. Наша проблема заключается в том, как мы можем эффективно контролировать активную подвеску и точно реагировать на изменение неровностей поверхности дороги, чтобы люди в автомобиле чувствовали себя комфортно. Также она защищает компоненты автомобиля от сильной вибрации, чтобы расширить их срок службы.


1.2. Цель и назначение исследования



     В настоящее время крупнейшие мировые автомобильные компании и научно-исследовательские институты вложили значительные человеческие и материальные ресурсы для разработки экономичной системы подвески автомобилей, чтобы ее возможно было строить в больших количествах, и она широко использовалась на транспортных средствах. С этой целью использование новых методов исследований и разработок для системы управления, которая в свою очередь может быть эффективной только с низким потреблением энергии

11

и низкой стоимостью, является не только важной целью прикладных исследований, но и является важным критерием для определения ценности теоретических исследований. Таким образом, превосходные знания активной системы подрессоривания транспортного средства должны стать будущим направлением развития подвески транспортного средства.

     По мере увеличения скорости автомобилю необходимо улучшать производительность пассивных систем подрессоривания, но ее ограничивает степень развития автомобильной промышленности. Требования, которые относятся к высокодоходной, высокопроизводительной и высококачественной разработке современных подвесок автомобилей, необходимы для обеспечения ее основных характеристик, для улучшения безопасности и комфорта вождения автомобиля.

Электроника и датчики в данный момент находятся в быстром развитии.

Микрокомпьютер, как представитель электронного оборудования, имеет значительные производительность и надежность, поэтому дальнейшее совершенствование автомобильных электронных устройств повышают надежность, снижают затраты, уменьшают габариты. Технология электронного управления эффективно используется в различных системах автомобиля, включая систему подвески. Из-за использования электронной технологии характеристики комфорта автомобиля могут достигнуть отличного уровня, поэтому можно улучшить качество стабильности и управления транспортным средством.

     Для активной подвески автомобиля изучение алгоритма управления подвеской является ключом к повышению ее производительности. Цель этой диссертации - исследовать и тестировать методы контроля, с помощью которых можно адаптировать систему подрессоривания к неопределенной неровности дорожного покрытия, основанной на современной теории управления. Будут представлены различные методы управления или их комбинации, которая будут является эффективным способом к поиску алгоритма управления.


12

     Эффективность подвески автомобиля является важным фактором, влияющим на перемещение, обработку, устойчивость и скорость автомобиля. Поэтому изучение относительных перемещений частей транспортных средств, разработка новых систем подрессоривания и понижение вертикальных ускорений являются важными мерами для повышения качества управления автомобилем.


1.3. Основное содержание и методы исследования



     Объектом исследования в этой статье является активная система подрессоривания;

     Установлена математическая и имитационная модель пассивной и активной систем подвески;

     Исследованы некоторые методы контроля активной системы подрессоривания и использовано компьютерное дополнение Simulink к программе MATLAB для получения результатов во временной области.

Основное содержание и методы исследования включают:

     - Использование кинематики и динамики, чтобы установить математическую модель пассивной и активной подвески четверти автомобиля с двумя степенями свободы и анализ ее напряжений.

     - Выбор параметров входного сигнала дорожного покрытия, сигнал синусоидальной волны и сигнал белого шума. Создание математической модели ввода дороги и моделирование ее в Simulink.

- Предложение некоторых методов управления активной подвеской - ПИД-

регулирование, управление по обратной связи и новый алгоритм. Регулирование параметров системы.

     - Использование программного обеспечения MATLAB/Simulink на основе математических уравнений подвески, установленной компьютерной имитационной модели пассивных и активных систем подрессоривания.


13

     - Объединение методов, описанных выше; демонстрацию нескольких симуляции подвески с помощью различной комбинации входного сигнала дороги.

     - Введение приведенных выше параметров симуляционной системы, а затем запуск ее модели, которая может нарисовать кривую результата и вывести
ее качественный и количественный сравнительный анализ.



1.4. Определение комфортных условий для водителей



     Очень важно жить и ездить в комфортных условиях. Сложно оценить в точных величинах покой и комфорт. Их восприятие всегда субъективно, зависит от массы нюансов и индивидуальных предпочтений. Слишком много вкладывается в понятие «комфортные условия» современным человеком.

     Как ни странно, в случае определения уровня комфорта в условиях движения легковой машиной ситуация становится понятнее, но объем проблем, которые необходимо учесть и оценить существенно возрастает.

     Почему упрощается оценка условий, определяющих комфортность? Автомобиль как технический объект давно и всесторонне изучен как обывателями, так и профессиональными командами специалистов. Все измерено, посчитано, выведено в статистические данные. Построены математические модели и выданы специальные рекомендации. Наука победила субъективизм.

     Основными факторами, влияющими на восприятие условий окружающей среды, являются:

     - степень технического совершенства конструкции транспортного средства;

- пассивный комфорт или наличие индивидуальных кресел, обстановки,

внутреннего климата, все, что помогает пассажиру, находится в частично расслабленном состоянии;

- уровень подготовки водителя пассажирского транспортного средства.

14

     При изучении совершенства конструкции автомобиля на специализированных измерительных стендах специалисты установили наличие

в системе «автомобиль-человек» двух факторов, связанных с механическими колебаниями. Первый – условно называемый низкочастотными колебания.

Частоту в 1-2 колебания в секунду или 1-2 Гц мы не замечаем совершенно. Привыкли, это частота колебаний нашего тела при ходьбе. При меньшей частоте колебаний или раскачиваний кузова возникает эффект укачивания, при более высокой мы ощущаем вибрацию и тряску. Источников их возникновения в машине более чем предостаточно. Двигатель, карданные валы, колеса, амортизаторы и элементы выхлопной системы – все производит шум и колебания.

     Второй фактор - это ускорение, с которым происходит колебания. На малых амплитудах и, соответственно, небольших ускорениях, примерно до 1,5-

2 м\с2, человек может чувствовать себя более-менее комфортно. На более высоких значениях возникает тревога, мышечные и головные боли. Немало зависит от направления воздействия. Толчки, тряска и вибрации, направленные вдоль вертикальной оси человеческого тела, воспринимаются крайне болезненно. Такие же по колебания, но направленные перпендикулярно вертикали, для нас почти незаметны.

     Кроме того расположение багажника и сидений пассажиров имеет решающее значение для уровня воспринимаемой плавности движения. Менее всего колебания подвески чувствуются в центральной части кузова, сильнее всего на передних и задних обвесах кузова автомобиля. Теоретическая механика и практика доказали, что чем длиннее база автомобиля, тем более плавным является его движение, но при условии наличия усиленных амортизаторов.

     Автомобили с более высоким центром тяжести, особенно внедорожники и приравненные к ним модели, из-за возможного поперечного раскачивания,

склонны к неприятным боковым «клевкам». В конструкции таких машин предусмотрительно увеличена ширина колеи, что повышает устойчивость и


15

предупреждает боковую качку. Очень неплохой эффект дают широкопрофильные шины с правильно подобранным давлением воздуха.

     Пассивный комфорт имеет важнейшее значение. Производитель старается скомпенсировать неблагоприятные факторы с помощью разнообразных гасителей колебаний, различных резиновых втулок, пневматических опор кузова. Одним из лучших способов повышения комфортности считается наличие мягких кресел, с правильной анатомией и точно сформированными боковыми поддержками.

     Такие кресла в значительной мере разгружают мышцы спины, таза и шеи от воздействий инерционных усилий. Подушку сиденья изготавливают из толстой губчатой резины. Анатомическая форма подушки тоже продумана таким образом, чтобы обеспечить необходимое количество воздуха к филейным частям человека и исключить потовыделение. Современные сидения позволяют не просто подгонять параметры под свои предпочтения, они обеспечивают серьезный уровень защиты от неблагоприятных ударов и толчков от ям и рытвин на дороге. Зачастую использование сидений низкого качества приводит к возникновению заболеваний позвоночника и тазобедренных суставов.

     Подготовка водителя определяется, прежде всего, его умением начинать движение, тормозить и совершать маневры плавно, с минимальными перегрузками. На большой и тяжелой машине, с мощными пневмогидравлическими компенсаторами возникновения «клевков» кузова, степень неумелости и небрежности водителя не так заметна, можно позволить себе некоторую степень «спортивности» в движении. Но, стоит пересесть на обычный «Акцент» или «Дьябло», издержки неаккуратного вождения станут заметными на второй минуте поездки. Такие машины имеют более жесткие пружины и более слабые амортизаторные стойки. «Клевки» и «проседания» на перекрестках очень быстро заставят пассажиров задуматься о самочувствии. Удивительно, но водитель в таких условиях, устает значительно меньше пассажиров.


16

ГЛАВА 2. ОБЗОР СИСТЕМ ПОДРЕССОРИВАНИЯ



2.1. Виды подвески и их производительность



     В соответствии с принципом управления и функциями управления, система подрессоривания может быть разделена на пассивную, полуактивную и активную подвеску - эта система очень отличается в аспектах производительности.


2.1.1. Пассивная подвеска



     На рис.2.1 показана типичная пассивная система подвески. Она не может изменить коэффициент жесткости и демпфирования и не имеет дополнительной мощности и привода. Она состоит из пружин, демпферов и систем рычагов и тяг, является традиционной механической конструкцией. К тому же она имеет простую структуру, надежную работу, низкую стоимость и отсутствие дополнительной энергии для ее работы, которая в настоящее время используется на транспортных средствах и требует экономии.

     Пассивная подвеска не может регулировать жесткость и демпфирование, согласно теории случайных колебаний, она может обеспечить только определенные рабочие условия для достижения оптимального эффекта демпфирования, трудно адаптируется к различным дорогам и жесткому использованию, в то время трудно приобрести хороший комфорт при поездке и стабильность. Эти два требования - пара противоречий.














17

























Рис.2.1. Пример пассивной подвески



     Из-за самой структуры традиционная пассивная подвеска имеет следующие недостатки:

     1. Ход подвески обратно пропорционально квадрату собственной частоты системы, когда частота уменьшается, она подвержена большому ходу;

     2. Компоненты подвески ограничены жесткостью и затуханием, что ограничивает диапазон его параметров;

3. Параметры системы фиксированы и могут не соответствовать нагрузке,

дорожным условиям, скорости и другим изменениям обстоятельств.

     Пассивная подвеска в основном используется в грузовых и легковых автомобилях. Исследования, направленные на улучшение ее характеристик, имеют три направления: во-первых, как найти оптимальные параметры подвески, главным образом, путем моделирования и симуляции; во-вторых, у пружины есть жесткость и у амортизаторов присутствует переменное демпфирование, так что параметры ограничены и работают в различных условиях в определенном диапазоне; в-третьих, основная работа в этой области сосредоточена на многорычажной подвеске со стабилизатором.



18

2.1.2. Полуактивная подвеска



     Полуактивная подвеска является одной из систем подрессоривания, в ней жесткость упругого элемента и демпфирование амортизатора могут регулироваться в соответствии с необходимостью регулировки и контролем состояния. Концепция полуактивной подвески Skyhook была предложена в 1974 году. Регулировка жесткости пружины относительно сложна, поэтому полуактивная подвеска главным образом регулируется демпфированием амортизатора.

     Полуактивная система подрессоривания не имеет специальных динамических компонентов управления. Она передает данные с датчиков скорости на контроллер ЭБУ (англ. ECU – electronic control unit) транспортного средства, чтобы рассчитать требуемое усилие актуатора, а затем отрегулировать степень демпфирования амортизатора для гашения вибрации кузова автомобиля. Изучение полуактивных подвесок также сосредоточено на двух аспектах: одно - исследование исполнительного механизма, которое гасит колебания; с другой стороны, алгоритм управления.

     Существует амортизатор с магнитореологической жидкостью — это новейшая технология полуактивной подвески. Многие исследователи проявляют большие интересы к этой новой технологии. Она имеет быструю реакцию, которая составляет < 1 мс.

Полуактивная система подвески имеет свои преимущества. Основные из

них: габариты и стоимость, они значительно ниже, чем у активной системы

подрессоривания.



2.1.3 Активная подвеска



     Под термином «активная» понимается подвеска, параметры которой могут изменяться при эксплуатации. Электронная система управления в составе активной подвески позволяет изменять параметры автоматически. Конструкции

19

активной подвески можно условно разделить по элементам подвески, параметры которой изменяются (табл.2.1):

Таблица 2.1

Параметры двух основных элементов систем подрессоривания


Элемент подвеска
Изменяемый параметр

- степень демпфирования;
Амортизатор
- жесткость подвеска

- жесткость подвески;
Упругий элемент
- высота кузова



     В ряде конструкций активной подвески используется воздействие на несколько элементов.

        При регулировании демпфирующей способности амортизатора реализуется два подхода: использование электромагнитных клапанов в амортизаторной стойке и применение специальной магнитно-реологической жидкости для наполнения амортизатора. Электроника позволяет регулировать степень демпфирования индивидуально для каждого амортизатора, чем достигаются различные характеристики жесткости подвески (высокая степень демпфирования - жесткая подвеска, низкая степень демпфирования - мягкая подвеска). Известными конструкциями адаптивной подвески являются:
























Adaptive Chassis Control, DCC - Volkswagen; Adaptive Damping System, ADS - Mersedes-Benz; Adaptive Variable Suspension, AVS - Toyota; Continuous Damping Control, CDS - Opel; Electronic Damper Control, EDC - BMW.

     Активная подвеска с регулируемыми упругими элементами более универсальна, т.к. позволяет поддерживать определенную высоту кузова и жесткость подвески. С другой стороны, такая подвеска имеет более сложную конструкцию (используется отдельный привод для регулирования упругих элементов), поэтому и стоимость ее намного выше. В качестве упругого элемента

20

в активной подвеске используются традиционные пружины, а также пневматические и гидропневматические упругие элементы.


2.2 Способы управления активной подвеской



2.2.1. Существующие системы управляемой подвески автомобиля



     Исследование системы управляемой подвески автомобиля объясняется необходимостью улучшения эксплуатационных свойств автомобиля, нормируемых критериями: плавности хода, управляемости, устойчивости, маневренности. В данной главе внимание уделяется техническим и эксплуатационным возможностям, получаемым подвеской автомобиля, при построении системы непрерывно управляемой подвески на основе магнитореологического амортизатора и использовании для этого известных современных технологий в области автомобильной техники и электроники.

     Основные функции по погашению колебаний в подвеске возложены на амортизатор, причем, с увеличением скорости относительного перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс сопротивление амортизатора возрастает, а правильный выбор режима работы амортизаторов улучшает плавность хода и повышает безопасность движения.

     Система управления подвеской, построенная на базе так называемого электронного блока управления (ЭБУ), который может выполнять следующие функции:

- управление высотой кузова относительно поверхности дороги;

- управление сопротивлением амортизаторов;

- управление жесткостью подвески.

     На устойчивость и управляемость автомобиля влияет комплекс параметров. Оптимальный выбор параметров не может быть проведен эмпирическим путем. Поэтому на этапе проектирования и при доводке экспериментального образца с улучшением многих качеств автомобиля

21

оптимизацию характеристик устойчивости и управляемости с учетом множества факторов можно осуществить только на основе использования сложных математических моделей движения автомобиля.

     Решение задач исследования устойчивости и управляемости с использованием сложных математических моделей движения автомобиля, соответствующих уровню и задачам современного автомобилестроения, может быть обеспечено с помощью проблемно-ориентированных систем моделирования. Основой таких систем являются модели для математического описания движения автомобиля.


2.2.2. Магнитореологический амортизатор в системе управления подвеской автомобиля


     Недостатки существующих систем управления подвесок (малого быстродействия исполнительных устройств, электромагнитного клапана, шагового двигателя) показывает актуальность создания системы управления подвеской, где в качестве объекта управления или исполнительного механизма возможно использовать управляемый магнитореологический амортизатор. Рабочим телом такого амортизатора являются стабильные ферромагнитные жидкости. В основе поведения и динамики этих жидкостей лежит магнитореологический эффект.

     Магнитореологический эффект — изменение механических свойств (вязкости, пластичности, упругости) некоторых суспензий под воздействием магнитных полей.

     При попадании в магнитное поле меняются свойства магнитной жидкости. Магнитные частицы выравниваются по направлению линий магнитного поля. При этом изменяется и усилие протекания жидкости в амортизаторе. Если магнитная катушка не получает электрического управления, то магнитные частицы располагаются беспорядочно в масле амортизатора. При движении поршня отдельные частицы всасываются вместе с маслом через каналы.

22

Сопротивление, которое оказывает масло с частицами, невелико.......................