Algorytm doboru optymalnego tłumienia

6.4.1 Założenia do algorytmu doboru optymalnego tłumienia

Na podstawie badań drogowych i symulacyjnych opracowano macierz optymalnych nastaw tłumienia.(optymalnego bezwymiarowego wsp. tłumienia) dla zmiennych eksploatacyjnych warunków jazdy dla nawierzchni o różnej jakości i prędkości eksploatacyjnej przejazdu oraz różnych mas resorowanych (tab. 6.5). Aby łatwiej było zaimplementować macierz do algorytmu sterowania zamieniono ją na postać funkcyjnej zależności bezwymiarowego współczynnika tłumienia od prędkości wzdłużnej pojazdu i współczynnika nawierzchni drogi P (rozdział 5).

Na podstawie badań drogowych ustalono, że dla autostrady optymalny jest prąd sterujący charakterystyką tłumienia 1,2A, a dla bruku 1,8A. Te wartości zamieszczono na wykresie przebiegu bezwymiarowego współczynnika tłumienia dla nieliniowych charakterystyk tłumienia (rys. 6.14). Zgodnie z badaniami zakresów zmienności sygnałów dynamiki pionowej opisanymi w rozdziale 5 przyjęto, że dla autostrady większość pomiarów mieści się w zakresie prędkości ugięcia +-0,15m/s, a dla bruku w zakresie +- 0,4m/s. Opisane dwa punkty zamieszczono na rys. 6.41. Odczytanie wartości współczynnika tłumienia z wykresu wyznaczają zakres od 0,15 do 0,45, co daje zakres sterowania ∆y=0,3.

Rys. 6.40 Charakterystyka optymalnego prądu sterującego wraz ze wzrostem prędkości ugięcia (pogorszeniem jakości nawierzchni drogi lub zwiększeniem prędkości przejazdu po nawierzchni).

Na podstawie matrycy optymalnego tłumienia (tab. 6.5) można zaobserwować również, że zmiana prędkości o 90km/h dla porównywalnej nawierzchni drogi powoduje średnią zmianę optymalnego prądu sterującego o 0,2A. Zakładając zakres zmienności tłumienia na podstawie zmiany prędkości dla ∆180km/h oszacowana średnia zmiana prądu sterującego powinna wynieść około 0,4A. Całkowity zakres zmiany optymalnej nastawy prądu na podstawie matrycy optymalnego tłumienia wynosi 0,6A. Oznacza to, że zmiana prędkości pojazdu może zmienić optymalną nastawę prądu sterującego o maksymalnie 2/3 zakresu, co dla współczynnika tłumienia oznacza ∆y =0,2.

130

Dla bruku optymalna nastawa prądu w badaniach symulacyjnych wyniosła 1,8A. Porównując to z nawierzchnią miejską o bardzo dobrej jakości, dla której optymalna okazała się nastawa 1,4A, otrzymujemy zakres ∆0,4A. Całkowity zakres zmiany optymalnej nastawy prądu uwzględniając wyniki badań drogowych wynosi 0,6A. Oznacza to, że zmiana prędkości pojazdu może zmienić optymalną nastawę prądu sterującego o maksymalnie 2/3 zakresu, co dla współczynnika tłumienia oznacza ∆y ~0,2. Podsumowując dla maksymalnej zmiany prędkości i jakości nawierzchni drogi optymalny bezwymiarowy współczynnika tłumienia może ulec zmianie o ∆y =0,3, a osobno wpływ prędkości, jak i jakości nawierzchni drogi może zmienić bezwymiarowy współczynnik tłumienia o ∆y ~0,2:

6.4.2 Struktura algorytmu doboru optymalnego tłumienia

Na podstawie matrycy optymalnego tłumienia i założeń do algorytmu doboru optymalnego tłumienia opracowano strukturę algorytmu obliczania optymalnego tłumienia dla sterowania adaptacyjnego uwzględniającego wpływ jakości nawierzchni drogi i prędkości jazdy (rys. 6.42).

Rys. 6.41 Struktura modułu wyznaczającego optymalne tłumienie dla amortyzatorów.

Krzywa wpływu jakości nawierzchni drogi na optymalne nastawy tłumienia została zamodelowana jako łamana, która dla zwiększającego się współczynnika P (jakości nawierzchni) zmniejsza optymalną wartość bezwymiarowego współczynnika tłumienia od 0,30 do 0,15. Powyżej wartości P=0,75 wartość tłumienia nie ulega zmianie.

Drugi człon algorytmu (rys. 6.42) ustala liniowy wpływ prędkości wzdłużnej pojazdu. Wraz ze wzrostem prędkości wzrasta wartość optymalnego tłumienia, ponieważ wyższa prędkość oznacza szacunkowo lepszą nawierzchnię drogi przed pojazdem. Neutralna prędkość, która nie powoduje zmian w współczynniku tłumienia wynosi 35km/h. Dla wartości większych prędkości bezwymiarowy współczynnik tłumienia wzrasta. Przykładowo dla prędkości 180km/h współczynnik wzrasta o około ~0,15 od wartości wyznaczonej przez pierwszy człon algorytmu związany z jakością nawierzchni drogi.

Wpływ masy nadwozia nie został uwzględniony w tym module, ponieważ dla uniezależnienia się algorytmu od jednostkowej aplikacji do konkretnego modelu pojazdu wykorzystuje się w algorytmie bezwymiarowy współczynnik tłumienia, który jest z definicji niezależny od masy. Następnie poprzez moduł opisany w podrozdziale 6.3. przekształca się bezwymiarowy współczynnik tłumienia na wymiarowy współczynnik tłumienia, a potem na prąd sterujący tłumieniem.

6.4.3 Implementacja algorytmu

Opracowaną strukturę algorytmu zaimplementowano w programie Matlab Simulink, aby móc poprzez system dSpace Autobox zaimplementować moduł sterujący tłumieniem amortyzatorów do pojazdu badawczego (rozdział 3.3.2). Na rys. 6.43 zaprezentowano model szacujący optymalny bezwymiarowy współczynnik komfortu. Model można podzielić na trzy człony:

131

- pierwszy zawiera liniową zależność wpływu współczynnika P (jakości drogi) na optymalny bezwymiarowy współczynnik tłumienia,

- drugi człon ustala liniowy wpływ prędkości wzdłużnej pojazdu,

- trzeci człon odpowiada za maksymalny możliwy do wysterowania współczynnik tłumienia równy y=0,45, minimalny możliwy do wysterowania współczynnik tłumienia dla prędkości powyżej 20km/h równy y=0,19, oraz za stały współczynnik tłumienia dla prędkości poniżej 20km/h, który ustalono na poziomie y = 0,15.

Rys. 6.42 Algorytm doboru optymalnego tłumienia.

6.4.4 Badania symulacyjne opracowanego algorytmu 6.4.4.1 Cele badań

Dla opracowanego algorytmu wykonano badania symulacyjne, których celem było określenie potencjału poprawy wskaźnika komfortu przy wykorzystaniu opracowanego algorytmu sterowania tłumieniem, który zawierał

- algorytm szacowania masy (rozdział 4),

- algorytm szacowania jakości nawierzchni drogi (rozdział 5), - algorytm optymalnego doboru tłumienia (rozdział 6).

6.4.4.2 Metodyka badań

Badania symulacyjne wykonano dla modelu płaskiego dla dynamiki wzdłużnej pojazdu opisanego w podrozdziale 6.2.3 i modelu amortyzatora opisanego w podrozdziale 6.2.2. Badania symulacyjne polegały na wykorzystaniu wymuszenia w formie zadanych przyspieszeń masy nieresorowanej, które zostały zarejestrowane podczas badań drogowych (metodyka analogiczna do opisu badań z podrozdziału 6.2.4.4). W badaniach wykorzystano współczynnik komfortu opisany w podrozdziale 6.2.1.

6.4.4.3 Wyniki badań

Wyniki badań zamieszczono w tab. 6.7. W pierwszej i drugiej kolumnie opisano drogi badawcze, które przedstawiono w rozdziale 4. W trzeciej kolumnie wpisano średni wskaźnik jakości nawierzchni drogi opisany w rozdziale 5.

W kolumnie czwartej znajduje się średnia prędkość przejazdu po nawierzchni badawczej. Piąta kolumna zawiera wartości masy nadwozia przedniej ćwiartki pojazdu. W kolumnie szóstej zamieszczono wskaźnik komfortu dla symulacji dla nastawy pasywnej charakterystyki tłumienia. W kolumnie siódmej zamieszczono wskaźnik komfortu dla symulacji dla nastawy minimalnej charakterystyki tłumienia (prąd sterujący 1,6A). W kolumnie ósmej wpisano

132

optymalny prąd sterowania charakterystyką amortyzatora wyznaczony w badaniach symulacyjnych opisanych w podrozdziale 6.2, a w następnej kolumnie minimalny wskaźnik komfortu dla optymalnego, stałego prądu sterującego.

W dziesiątej kolumnie znajdują się wyniki wskaźnika komfortu dla zastosowania opracowanego adaptacyjnego sterowania tłumieniem. Ostatnia kolumna wyznacza procentową poprawę wskaźnika komfortu w stosunku do nastawy pasywnej charakterystyki amortyzatora, którą uzyskano dla nastawy prądu sterującego 1,2A.

Tab. 6.7 Porównanie wyniki badań symulacyjnych optymalnej nastawy prądu sterującego tłumieniem dla różnych nawierzchni dróg i prędkości eksploatacyjnych pomiędzy opracowanym algorytmem doboru optymalnego tłumienia.

Nawierzchnia Prędkość Masa

Badania symulacyjne modułu szacującego optymalne tłumienie potwierdziły potencjał jego wykorzystania w sterowaniu zawieszeniem pojazdu w celu minimalizacji wskaźnika komfortu. Poprawa wskaźnika komfortu poprzez zastosowanie adaptacyjnego sterowania tłumieniem wyniosła średnio 16,4%, a dla różnych warunków eksploatacyjnych od -3% do +45%.