luni , 17 decembrie 2018
roen

Art. 03 – Vol. 22 – Nr. 4 – 2012

OPTIMIZAREA PRIN SIMULARE A SISTEMULUI DRUM
ALEATOR-SUSPENSIE (DAS)

Tabacu Ciprian
tabacu_ciprian@yahoo.com
Universitatea Politehnica Bucureşti

Câmpan Dan Lucian
ludan840808@yahoo.com
Universitatea Politehnica Bucureşti

Dinu Octavian
octavytza@yahoo.com
Universitatea Petrol şi Gaze Ploieşti

Rezumat: Lucrarea prezintă comportarea suspensiei simplificate la denivelările căii de rulare, precum şi rezultatele obţinute în urma simulării în Simulink-Matlab a suspensiei simplificate.

Cuvinte cheie: suspensie, simularea suspensiei, optimizarea suspensiei, modelerea căii de rulare.

Introducere: Asigurarea confortului autovehiculelor în timpul deplasării pe căile de rulare presupune diminuarea disconfortului datorat unor factori perturbatori a stării fiziologice şi psihice a şoferului şi pasagerilor cum ar fi: vibraţiile mecanice, condiţiile climatice ale incintei autovehiculului, zgomotele excesive, radiaţiile solare etc. [1, 2, 3, 4].

Tabelul 1. Indicatori şi criterii de performanţă a sistemului de suspensie al autovehiculelor

Indicator        Relaţie   de calcul În care :   Autori
Indicator 1:

 

 Transmisibilitatea

             de

       accelerare

 

 

 

-accceleraţia verticală;

pulsaţia naturală;

 

 

    [ 1] & [2]

 

Indicator  2:

 

  Transmisibilitatea

             de

       accelerare

 

–  pulsaţia semnalului sinusoidal care modelează drumul

în cazul 2DOF1/4M

 

           [3]

 Indicator 3:

   Transmisibilitatea

             de

       deplasare

 

 

 

x – deplasarea masei suspendate;

y –  deplasarea roţii;

 

           [4]

 

 

Criteriul AMP:

    Abaterea medie pătratica (AMP)

 

y – poziţia masei suspendate;

–  poziţia în stare de repaus; 

T – durata înregistrării;

 

           [5]

 

 

Confortul autovehiculelor rutiere precum şi gradul lor de manevrabilitate şi stabilitate sunt printre cei mai frecvent folosiţi indicatori în evaluarea unui vehicul din punctul de vedere al sistemului drum – suspensie [5]. Un mare efort de cercetare ştiinţifică  a fost depus pentru a găsi factorii care afectează confortul la rulare [6]. A fost, de exemplu, investigat comportamentul uman în condiţiile vibraţiilor aleatorii, şi s-a demonstrat că oamenii sunt foarte sensibili la frecvenţe foarte joase de sub 1 Hz. Aceasta este explicaţia pentru care au fost propuşi o serie de indicatori frecvenţiali de performanţă a sistemului de suspensie al autovehiculelor rutiere prezentaţi în tabelul 1. Majoritatea indicatorilor de performanţă caracterizează sistemul de suspensie prin intermediul unor valori punctuale referitoare din răspunsul sistemului la  semnalul sinusoidal (sau o sumă de semnale sinusoidale de diverse frecvenţe şi amplitudini) care modelează neregularităţile drumului prin semnale deterministe aplicate la intrarea sistemului.

Vizualizează articolul complet

Aceşti indicatori  sunt determinaţi prin analiza  teoretică a modelului matematic al sistemului de suspensie. Aceste analize teoretice permit determinarea unor expresii de calcul al acestor indicatori în funcţie de anumiţi parametri ai modelului matematic cum ar fi: frecventa undei sinusoidale care modelează drumul, pulsaţia naturală a sistemului, amplitudinea maximă a răspunsului etc. Valorile acestor indicatori pot fi folosiţi pentru a compara diverse structuri de modele pentru  suspensie de tip sfert de maşina (1/4M), de tip jumătate de maşină (1/2 M) cu unul, două, trei sau patru grade de libertate etc. Dar aceşti indicatori nu sunt comod de utilizat în cazul testării sistemului drum – suspensie în condiţii reale de drum când suspensia trebuie să  filtreze semnale u(t) de tip zgomot alb de dispersie arbitrara, induse de drum la intrarea sistemului DAS. Unele deficiente sunt eliminate prin utilizarea unui criteriu experimental din ultima poziţie a tabelului 1.

În secţiunea 2 sunt prezentate câteva aspecte privind modelarea drumului aleator şi suspensiei în varianta sfertului de maşina (1/4M) prezentată în [7]. În secţiunea 3 este prezentată formularea probleme privind caracterizarea calităţii sistemului DAS printr-un criteriu integral care să reflecte nu numai parametrii suspensiei ci şi pe cei ai drumului.             Secţiunea 4 prezintă rezultatele testării prin simulare în MATLAB-SIMULINK a sistemului  DAS. Secţiunea 5 conţine unele concluzii desprinse în urma testării prin simulare a  metodei propuse în lucrare pentru optimizarea unui sistem DAS.

Concluzii

Optimizarea prin simulare a suspensiei vehiculelor se face prin utilizarea modelelor simple 1/4M. Modelul propus este un model 1/4M cu două grade de libertate (roată şi caroserie) ce permite modificarea poziţiei de echilibru, în funcţie de încărcarea vehiculului, a caracteristicilor elastice şi disipative ale suspensiei, ţine cont de rugozitatea drumului, apreciat fie prin funcţii armonice simple sau însumări de funcţii armonice, fie prin reproducerea simulată unor
drumuri reale.

Modelul astfel realizat oferă informaţii privind stabilitatea pe verticală evaluată prin deplasările verticale ale caroseriei şi stabilitatea longitudinală şi transversală evaluate pe baza aderenţei  caracterizată prin forţa de contact roata sol şi frecventa desprinderilor roţii de sol.

Lucrarea prezintă modelul 1/4M cât şi ecuaţiile specifice şi rezultate concrete pentru câteva situaţii de exploatare, obţinute prin simularea în Matlab-Simulink, permiţând optimizarea avansată a suspensiei, în vederea atingerii parametrilor ţintă de stabilitate şi confort. Particularitatea testării metodei de optimizare propuse în lucrare constă în folosirea a două  surse diferite de semnale aleatoare care modelează asperităţile drumului. Rezultatul testării a aratat că folosirea funcţiei criteriu (4) de optim asigură evaluarea calităţilor de filtrare a pertubaţiilor induse de drum,  indiferent de semnalul aleator folosit.

Bibliografie

  1. ANON, B.: Mechanical vibration and shock-evaluation of human exposure to whole-body vibration, International Organization for Standardization, 1997, ISO 2631.
  2. GRIFFIN, M. J.: A comparison of standardized methods for predicting the hazards of whole-body vibration and repeated shocks, Journal of sound and vibration, 215 (4) (1998) 883-914.
  3. ESLAMINASAB, N.; GOLNARAGHI, F.: The effect of time delay of the semi-active dampers on the performance of on-off control schemes, Proceedings of ASME
    International Mechanical.
  4. SHARP, R.S; CROLLA, D.A.: Road Vehicle Suspension Systems Design – a Review. Vehicle Syst. Dyn.16 (1987), pp. 167–192.
  5. TABACU, C.; DINU, O.: The experimental parameter optimization method of the road vehicles suspension Scientific Buletin of Oil and Gas University of Ploiesti, Vol. LXI,No.4/2012, pp. 29-35
  6. IHSAN, S. I.; FARIS, W. F.; AHMADIAN, M.: Analysis of control policies and dynamic response of a Q-car 2-DOF semi active system, Shock and Vibration, 15(5), (2008) 573–582.
  7. DODDS, C. J.; ROBSON, J. D.: The description of road surface roughness. Journal of Soundand Vibration, 31:175–183, 1973.
  8. ELBEHEIRY, E. M.; KARNOPP, D. C.; ELARABY, M. E.: Advanced Ground Vehicle Suspension Systems – a Classified Bibography. Vehicle Syst. Dyn. 24 (1995), pp. 231–258.
  9. ANDRÉN: Power spectral density approximations of longitudinal road profiles. Int. J. VehicleDesign, 40:2–14, 2006.
  10. ISO 8608: Mechanical vibration – road surface profiles – reporting of measured data, ISO8608:1995(E).
  11. KARNOPP, D.: Active and Semi-Active Vibration Isolation. J. Mech. Des. 117 (1995), pp. 177–185.
  12. http://www.comm.pub.ro/_curs/tad/curs/Tad%2009%20MF%20zgomot.pdf
  13. SHARP, R. S.; CROLLA, D. A.: Road Vehicle Suspension Systems Design – a Review. Vehicle Syst. Dyn. 16 (1987), pp. 167–192.
  14. *** Simulink, Dynamic System Simulation for Use with Matlab. User’s Guide, MathWorks Inc., Natick, MA, 2004.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.