Rugózott vezetőülés vizsgálata

Átírás

1 Rugózott vezetőülés vizsgálata Modellezés, identifikáció és lengéstani vizsgálat 1/3

2 Modell készítése Modell: egy rendszer / jelenség / fogalom egyszerűsített leképezése, működésének leírása Modell tárgya lehet minden, amelynek viselkedése szabályok, összefüggések segítségével leképezhető. Műszaki értelemben a modell egy rendszer vagy jelenség tudományos törvényszerűségekkel történő leírása matematikai összefüggések segítségével. 2/3

3 Modellek a műszaki életben Geometriai modellek (CAD) Végeselemes modellek (FEM) Járműmodellek Járműrendszer modellek Belsőégésű motormodellek Futómű modellek Gumiabroncs modellek Stb. 3/3

4 Modellalkotás folyamata A modell tárgyát képező valós rendszer/jelenség működésének megismerése A működést leíró fizikai törvények meghatározása A fizikai törvényeknek megfelelően a matematikai összefüggések megadása 4/3

5 Szimulációk Magára hagyott rendszer vizsgálata Adott gerjesztés hatására mi lesz a rendszer válasza A szimulációs során a modellt leíró matematikai összefüggések kerülnek megoldásra Rendszermodell Stimulus Válasz 5/3

6 Szimulációk A rendszeregyenletek megoldása: Analitikus Numerikus Környezet: Célszoftver: CAD, FEM, GT Power Univerzális szoftver: MATLAB, LabView 6/3

7 Rugózott vezetőülés modellezése Az ülés rugózott része merev test Légrugó szintszabályozással Két darab ferdén beépített hidraulikus csillapító egy függőleges csillapítóként modellezve A rendszer bemenete a padlólemez, a kimenete pedig az ülés gyorsulása 7/3

8 Rugózott vezetőülés modellezése m Multifizikai feladat: Mechanikus rendszer Termodinamika (légrugó) Áramlástan (szintszabályozás) y(t) k u(t) 8/3

9 Rugózott vezetőülés modellezése m Mechanikai modell: my k y u p Ap m g y(t) u(t) k Ahol: m: rugózott tömeg k: csillapítás p: légrugó nyomása A p : Légrugó dugattyújának felülete 9/3

10 h Odf Légrugó modellezése Termodinamikai modell: T T körny áll m p T Odp dm dt p V m R T dp dv dm V p R T dt dt dt dm 1 dp dv V p dt R T dt dt dm Ap dp d y u h0 y u h0 p dt R T dt dt p R T p A y u p y u h 0 10/3

11 h Odf m Légrugó modellezése Áramlástani modell: p 1 2 p 2 p2 2 Af p 1 ha 1 R T p1 p 1 p p Af p1 ha 1 R T 1 p1 1 p T Ahol a kontrakciós tényező A f a fojtás keresztmetszete az adiabatikus kitevő Beármalás: > 0 p 1 = p táp p 2 = p légrugó Kiáramlás: < 0 Odp p 1 = p légrugó p 2 = p körny 11/3

12 Szintszabályozó A töltőszelep viselkedését nem vesszük figyelembe A szintszabályozó a valós ülés magasság és a beállított magasság különbsége alapján állítja a fojtást töltés és leürítés irányában Modellezése P szabályozóval történik 12/3

13 Szintszabályozó u Rendszer h Ph h set Szabályzó hset 13/3

14 Modell Clock Lookup Table Excitation ddu Position h Flow Control a *A Scope Seat _dynamics Flow Control Position Controller 14/3

15 Modell ddu <u> 1 Excitation ddu ddu 1 s du du 1 s u Excitation vector ddu, du, u Motion vector ddy, dy, y Pressure p Mechanics <y > 1 Position h Scope 1 Motion vector ddy, dy, y Excitation vector ddu, du, u Pressure p Scope Mass flow rate dm /dt Termodinamics Pressure p Mass flow rate dm /dt 2 Flow Control a*a Flow Control a*a Mass flow 15/3

16 Modell: mechanika dampcoeff 1 <du> ddy Excitation vector ddu, du, u dy 1 Motion vector ddy, dy, y mass gravitycoeff 1/mass ddy 1 s dy 1 s y 2 Pressure p pistonarea p0 16/3

17 Modell: termodinamika 2 Excitation vector ddu, du, u <u> <du> 1 Motion vector ddy, dy, y <y > <dy> h0 1 s p 1 Pressure p 3 Mass flow rate dm /dt R * temp / pistonarea 17/3

18 Modell:áramlástan 1 Pressure p Pressure p Choke Flow in Mass flow in 1 2 Flow Control a*a Pressure p Mass flow out Mass flow rate dm /dt Choke Flow out 18/3

19 Modell paraméterei Tömeg Csillapítási tényező Légrugó dugattyújának átmérője Levegő gázállandója Levegő hőmérséklete Légrugó kezdeti magassága: h 0 Adiabatikus kitevő Fojtás ( és A f ) Tápnyomás Szabályozó P-tag 19/3

20 Modell paraméterei Tömeg Csillapítási tényező Légrugó dugattyújának átmérője Levegő gázállandója Levegő hőmérséklete Légrugó kezdeti magassága: h 0 Adiabatikus kitevő Fojtás ( és A f ) Tápnyomás Szabályozó P-tag Ismert Mérhető Identifikálandó 20/3

21 Identifikáció Identifikáció: azonosítás, meghatározás Rendszer identifikáció: egy rendszer leírása matematikai eszközökkel, algoritmusokkal mérési eredmények alapján Paraméter identifikáció: Egy rendszermodell paramétereinek meghatározása a valós rendszer mért jelei alapján 21/3

22 Identifikáció Rendszer identifikáció esetén a teljes rendszer meghatározását végezzük el. (Black-box modell) Paraméter identifikáció esetén a rendszer modellje ismert, csak annak paramétereit határozzuk meg. (Grey-box modell) LTI rendszerek : Y G s U Y Gs, PU P :paraméterhalmaz 22/3

23 Identifikáció menete A mért értékek előzetes analízise: átlag, szórás, korreláció, spektrum A mért jelek előkészítése: trendleválasztás standardizálás (Struktúrabecslés) Paraméterbecslés Validálás 23/3

24 Rendszer identifikáció ARX modell: ARMAX modell: na nb y a y b u e i j i j j ink j1 i j1 j1 na nb nc y a y b u c e i j ij j ink j1 j ij j1 j1 j1 na, nb, nk és nc a modell paraméterei y i a modell kimenete az i-edik időpillanatban u i a modell bemenete e i a zavarás 24/3

25 Vezetőülés rendszer modellje m Identifikációhoz egyszerűsített modell Légrugó helyettesítve ideális rugóval Szabályozó hatását figyelmen kívül hagyjuk Dinamikus rendszer egyensúlyból indul gravitáció hatása mellőzve b k my dy by du bu 2 mys dys by dus bu G s d b s Y m m b s b U s s a s a s a m m d b /3

26 Rendszer diszkretizásála A G(s) átviteli függvény folytonos idejű rendszerekre vonatkozik A mérések során a mért jelek viszont diszkrét idejűek A folytonos G(s) rendszert diszkrét idejűvé kell konvertálni: s 2 z 1 T z1 s G d z 2 s 2d z 1 b mt z 1 m dTs bts z 2bTs z bts 2dT 4m 2dTs bts z 8m 2bTs z 4m 2dTs bts s z 1 2d z 1 b T z 1 mt z 1 m s 26/3

27 Paraméterek meghatározása költségfüggvény minimalizálásával Mért értékek: uˆ i és yˆ i Értékek a modellből: uˆ és y adott P j paraméterhalmaz mellett i Keressük meg azt a P j paraméterhalmazt, amelyre: i 1 T i y i yˆ yˆ 2 i 2 min! 27/3

28 Validálás Felparaméterezett modell vizsgálata A modell eredményeinek és a mérési eredmények összehasonlítása 28/3

29 Lengéstani vizsgálatok Lengéskényelmi mutatók VDI 2057 ISO 2631 Frekvenciaanalízis Fourier transzformáció Teljesítmény-sűrűség spektrum Átviteli karakterisztika 29/3

30 Lengéskényelmi mutatók Mérni a gyorsulásjeleket az ülésen Trendleválasztás, szűrés Teljesítmény-sűrűség spektrum meghatározása Frekvencia tartomány felosztása tercoktávokra Lengésgyorsulás-szórás értékek meghatározása frekvencia tartományonként Súlyzótényezők meghatározása frekvencia tartományonként A lengésgyorsulások súlyozott összegzése A kapott értékek ellenőrzése a szabványban megadott határértékek alapján 30/3

31 Frekvencia karakterisztika Mérni a gyorsulásjeleket az ülésen Trendleválasztás, szűrés Fourier transzformálás elvégzése 31/3

32 Elvégzendő mérések Tömeg mérése digitális mérleg segítségével Kiszerelt légrugó átmérőjének és csatlakozófurat átmérőjének mérése Rázópados vizsgálatok kivitelezése 32/3

33 Mérőrendszer Gerjesztés: hidraulikus pulzátor Vezérlő és adatgyűjtő rendszer: dspace AutoBox Mért értékek: Pulzátor lapjának gyorsulása Üléslap gyorsulása Légrugó nyomása 33/3

34 Dinamikus mérések 1. Diszkréten változó frekvenciájú szinuszos gerjesztés: Amplitúdó: 5 mm Kezdőfrekvencia: 1 Hz Frekvencia lépésköz: 0.5 Hz Végfrekvencia: 12 Hz u t Asin 2 fit Ugrás 100 ciklus után 2. Lineárisan változó frekvenciájú szinuszos gerjesztés: Amplitúdó: 5 mm Kezdőfrekvencia: 1 Hz Meredekség: 0.02 Hz Végfrekvencia: 12 Hz ut Asin 2 f0 fstt 3. Útprofil gerjesztés validáláshoz Mindkét mérést el kell végezni beépített és kiszerelt lengéscsillapítóval egyaránt! 34/3

35 Eredmények kiértékelése Mért paraméterek meghatározása (tömeg, geometriai adatok) Paraméterbecslés (rugómerevség, csillapítás) Validálás Lengéstani analízis Mért gyorsulásértékek Spektrumok Lengéskényelmi mutatók 35/3