Szervokormány próbapályás vizsgálata Segédlet a Jármrendszerek vizsgálata c. tárgyhoz

Átírás

1 Segédlet a Jármrendszerek vizsgálata c. tárgyhoz Készítette: Wahl István, Bohner Gábor Budapest, 24. Budapesti Mszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépjármvek tanszék Budapest, XI. Sztoczek u. 6. Telefon: Fax:

2 1 A gyakorlat célja A hidraulikus rendszer fbb elemei Kormányoszlop Szabályozó szelep Tápszivattyú A gyakorlathoz szükséges berendezések Mér-, adatgyjt rendszer Mérkormány Sebességmér VDSU Vizsgálatok Kormányrásegítés Szinusz kormányzás Visszatérítés Falhatás Csillapítás Kiértékelés Kormányrásegítés Szinusz kormányzás Visszatérítés Falhatás Csillapítás Ellenrz kérdések Felhasznált irodalom, linkek

3 1 A gyakorlat célja A gyakorlat célja a szervokormány próbapályás vizsgálatának elvégzése, annak értékelése az elvégzett tesztek alapján. 1.1 A hidraulikus rendszer fbb elemei 1. ábra A hidraulikus rendszer általános felépítése 3

4 1.1.1 Kormányoszlop A kormányoszlopban két kardáncsuklóval három rúd kerül beépítésre. A síkbeli Z illetve W rúdelrendezés kialakításoknál az els és a harmadik rúd a középs rúddal azonos abszolút érték szöget kell bezárnia a homokinetikus mködés biztosítása érdekében, a középs rúdon található két kardánvilla egy síkban van. A gépkocsiba épített kormányoszlop térbeli elrendezés, de ebben az esetben is elérhet a homokinetikus viselkedés. Ehhez szükséges, hogy az els és harmadik rúd a középsvel páronként a saját síkjaikban azonos abszolút érték szöget zárjanak be, illetve az elbb értelmezett két sík hajlásszögével el kell ékelni a középs rúdon lev két kardánvillát. Az állítható magasságú kormányoknál a magasság állítás elronthatja a homokinetikus elrendezést, illetve egyéb konstrukciós okok miatt már tervezéskor eltekinthetnek ennek a kialakításnak a megvalósíthatóságától. 2. ábra Állítható kormányoszlop metszetrajza Megjegyzésre érdemes továbbá, hogy vannak három kardáncsuklós négy rúdból álló rendszerek is, itt a kardánvillák elékelésének célszer megválasztásával minimalizálható a homokinetikus hiba. A homokinetikus hiba hátulütje, hogy periodikusan változik a rendszer mechanikai nyomaték módosítása, és ez fleg kis kormányzási nyomaték igény esetén zavaró nyomatékingadozást eredményezhet. A két kardáncsuklós rendszereknél a periodicitás 18 fokos. 4

5 1.1.2 Szabályozó szelep A következkben csak a személygépkocsikon leginkább elterjedt fogasléces szervókormánymvek szabályzószelepének felépítésével foglalkozom. A szabályzószelepek egy másik klasszikus fajtájával találkozhatunk a globoidcsigás kormánymvek esetén, aholis a rudazat megfelel helyére építenek be egy húzásra-nyomásra szabályzó szelepet, de ez a megoldás napjainkban már kiveszben van. (Chevrolet Corvette, Citroen DS) 3. ábra A szabályzószelep felépítése A szabályzó szelep a ráható nyomaték függvényében csökkenti az általa képviselt fojtás mértékét a tápszivattyú és a munkahenger között, a dugattyú megfelel oldalára irányítja az olajat és a másik oldal leürítését biztosítja az olajtartály felé. 4. ábra A szabályzószelep semleges (terheletlen) állásban 5

6 A karakterisztikája nem lineáris, hanem parabolikus a kedvez kormányérzet kialakítása miatt. A karakterisztika alakulása az 5. ábrán látható. A rásegít rendszer nyomatéka nem mindig elegend a teljes elkormányzás megvalósításához ezt az esetet is láthatjuk az 5. ábrán. Ez fleg álló helyzetben és rossz úton fordulhat el, illetve alulméretezett rendszer esetén. Rásegít nyomaték a kormánykerékre számolva [Nm] Maximális rásegít nyomaték Kormánynyomaték [Nm] A teljes elkormányzáshoz tartozó kormánynyomaték 5. ábra A kormányra redukált rásegít nyomaték alakulása a kormánykeréken mérhet nyomaték függvényében. A görbe vízszintes szakasza elégtelen rásegít nyomatékot jelent. 6

7 1.1.3 Tápszivattyú 6. ábra LuK szervószivattyú röntgenképe A tápszivattyú állítja el a szükséges olajnyomást és térfogat áramot a rásegítés megvalósításához. A ketts mködés szárnylapátos szivattyút integrált nyomásszabályzó szeleppel már 1925-ben felhasználták az Oldsmobilban, elnyös tulajdonságai révén mára már a szervókormánnyal szerelt gépkocsik 95%-ában ilyen szivattyúkat alkalmaznak. Nagyon jó volumetrikus hatásfok A nyomás elérheti a 13 bar-t is (a térfogatáram fordulatonként 14 3 cm 3 ) Csendes üzem Alacsony nyomásingadozás Széles mködési tartomány C Könny Olcsó elállítás 7. ábra A csúszólapátos szivattyú mködése A szivattyúkat régebben közvetlenül a motorról hajtották meg ékszíjjal, újabban pedig villanymotorral hajtják, így a rendszer kompaktabb, jármbe építése egyszerbb, jobb a hatásfoka és általában a sebességfügg rásegítést is megvalósítják (EHPAS), valamint a motor esetleges kiesése esetén is megmarad a rásegítés. Ez a tendencia azonban nem általános, a mai jármvek egyébként is terhelt villamos hálózata miatt alternatívát jelent az elektronikusan szabályzott és tengelykapcsolóval ellátott motorról hajtott szivattyú is (lásd Mercedes!). A nyomásmaximum korlátozza a maximális rásegít nyomaték kialakulását, ezt általában megkerül szelep beépítésével állandó értékre állítják a gyártók. A térfogatáramot az olajnyomás függvényében a rendszer maximális teljesítménye korlátozza. Ez a teljesítmény korlát okozza a késbb tárgyalandó falhatást. 7

8 2 A gyakorlathoz szükséges berendezések 2.1 Mér-, adatgyjt rendszer A mérrendszer egy notebookból, egy AutoBoxból és a szenzorokból áll. A valós idej Simulink mérmodellt egy dspace szoftver segítségével (Targetlink) valós idej kóddá fordítunk le, ami letölthet a dspace AutoBoxba (továbbiakban AB). A modell és a paraméterek TCP/IP kapcsolaton keresztül töltehetk le az AB-ba a ControlDesk program segítségével. Az AB egy Motorola PowerPC processzorral felszerelt célszámítógép, melynek robosztus felépítése lehetvé teszi a gépjármbe történ beépítést. Az AB és a Controldesk környezet együttesen lehetvé teszik analóg, digitális, PWM és CAN jelek mérését és megjelenítését a hálózatra kapcsolt számítógépen. -C- Product_ AD_CH_GAIN -C- -C- MSTW_TORQUE_Nm RTI Data MUX_ADC #1 MUX_ADC #2 MUX_ADC #3 AD_CH_OFFS -C- AD_CH1_OFFS -C- AD_CH1_GAIN Demux -C- AD_CH2_GAIN -C- Product_1 Product_2 MSTW_STW_ANGLE_deg MSTW_STW_ANGLE_SPEED_deg_s MUX_ADC #4 MUX_ADC #5 AD_CH3_GAIN Product_3 AD_CH2_OFFS -C- PRES_LEFT_bar DS221ADC_B1 AD_CH3_OFFS -C- AD_CH4_GAIN Product_4 -C- PRES_RIGHT_bar -C- AD_CH4_OFFS AD_CH5_GAIN Demux Product_5 -C- DATR_VEH_SPEED_kph -C- AD_CH5_OFFS AD_CH6_GAIN Product_6 -C- EHPS_CURRENT_A AD_CH6_OFFS CAN CONTROLLER SETUP DS432CAN_SETUP_B1_C2 Group Id: RTICAN2 1 Signals Constant DS432CAN_TX_B1_C2 Group Id: RTICAN2 VDSU_TEMP VDSU_LAT_ACC VDSU_LONG_ACC VDSU_YAW_RATE MPC_18FF55 Group Id: RTICAN2 VDSU_TEMP VDSU_LAT_ACC VDSU_LONG_ACC VDSU_YAW_RATE 8. ábra A Simulink mérmodell felépítése 8

9 A modellben szerepl jelek ezután grafikusan megjeleníthetk egy ControlDesk layouton. 9. ábra A méréshez használt ControlDesk layout 2.2 Mérkormány A kormányzási nyomaték, a kormányszög, valamint a kormány-szögsebesség méréséhez egy RMS FEL 2 típusú mérkormányt használunk. A mérkormány a kormányzási nyomatékot ± 1, illetve ± 1 Nm-ig, a kormányszöget 1 vagy 1 -ig, a kormány-szögsebességet 8 /s értékig tudja mérni. A mérkormány egy szivargyújtó csatlakozón keresztül kapja a tápfeszültséget, a kimenetek pedig ± 5V feszültségszint jelek. 9

10 2.3 Sebességmér A járm sebességét egy DATRON M2 típusú mikrohullámú jeladóval mérjük. A szenzor 1-4 km/h között tudja a sebességet mérni. A tápfeszültséget egy szivargyújtó csatlakozón keresztül kapja. A szenzor analóg kimenete..1 V (1..1 mv/km/h beállítás szerint), digitális kimenete TTL szint jel (1..6 P/m beállítás szerint). A sebességszenzort egy felersít szerkezettel lehet a jármre rögzíteni. 1. ábra Mikrohullámú sebességmér 2.4 VDSU A járm hossz-és keresztirányú gyorsulását és a függleges tengely körüli forgásának szögsebességét (Yaw rate) egy Inventure gyártmányú VDSU-val (Vehicle Dynamics Sensor Unit) mérjük. A szenzort a gépkocsi súlypontjához közel kell elhelyezni, a mért értékeket CAN hálózaton továbbítja az AB felé. Min. Tipikus Max. Mértékegység Tápfeszültség V Áramfelvétel 22 ma Mködési tartomány C Yaw rate Mérési tartomány +-15 deg/s Felbontás 12 bit Mködési határfrekvencia 8 Hz Gyorsulás (hossz- és keresztirányú) Mérési tartomány m/s 2 Felbontás 14 bit Mködési határfrekvencia 1 Hz 1. Táblázat VDSU adatlap 1

11 3 Vizsgálatok A gyakorlat során különböz teszteket végzünk el, amelyek segítségével jellemezni tudjuk a járm kormányrendszerét, illetve a szervokormányt. A mérések két nagy csoportba sorolhatók. Az egyik csoport a statikus vagy kvázi statikus mérések a másik a dinamikus mérések. A statikus mérések elssorban a rendszer száraz súrlódás jelleg paramétereit hivatott feltárni, amíg a dinamikus mérések a viszkózus súrlódásokat mutatják ki. 3.1 Kormányrásegítés A mérés menete: Lassan guruljunk az autóval, majd a kormány tekerjük a kormányt középhelyzetbe és fékezzük le a jármvet úgy, hogy közben engedjük el a kormányt. Ezzel leterheljük a kormányt, vagyis elérjük azt, hogy a kormányszög és a kormányzási nyomaték is nulla lesz. Nyomjuk meg a mérkormányon a kormányszöget és a kormányzási nyomatékot kinullázó Reset gombokat. Indítsuk el a mérést. Tekerjük lassan és folyamatosan a kormányt az egyik véghelyzetbe, majd miután elértük a mechanikai véghelyzetet, tekerjük a másik véghelyzetbe, ezután középállásba. Állítsuk le a mérést. 8 6 Peugeot 37 HDi steering effort STC up STC down 4 MSTW torque [Nm] MSTW angle [deg] 11. ábra Peugeot 37 állóhelyzeti kormányzási karakterisztikája 11

12 8 6 VW POLO 1.9 PDTD steering effort STC up STC down 4 MSTW torque [Nm] MSTW angle [deg] 12. ábra VW Polo állóhelyzeti kormányzási karakterisztikája 1 VW POLO 1.9 PDTD boost curve at standing Pressure [bar] MSTW torque [Nm] 13. ábra VW Polo szabályzószelep karakterisztika 12

13 3.2 Szinusz kormányzás A mérés menete: Gyorsítsuk a jármvet egy adott sebességre Hagyjuk, hogy az autó egyenesen fusson. Nullázzuk ki a mérkormány szenzorait és indítsuk el a mérést. Lassan kormányozzunk jobbra és balra olyan szögértékekig, hogy a fellép oldalgyorsulás miatt ne legyen jelents a gépkocsi sodródása. Két-három ciklus után állítsuk meg a mérést. 6 4 km/h 1 km/h Peugeot 37 HDi sinus steering 4 2 MSTW torque [Nm] MSTW angle [deg] 14. ábra Különböz sebességeken felvett Peugeot 37 szinusz-kormányzási karakterisztikák 13

14 6 Peugeot 37 HDi VW POLO 1.9 PDTD 4 2 MSTW torque [Nm] MSTW angle [deg] 15. ábra VW Polo és Peugeot 37 szinusz-kormányzási karakterisztikák 8 km/h-nál 14

15 3.3 Visszatérítés A mérés menete: Tekerjük a kormányt egy meghatározott helyzetbe. Haladjunk a jármvel egy meghatározott állandó sebességgel. Indítsuk el a mérést. Engedjük el a kormányt, és hagyjuk, hogy az magától a középhelyzet felé tekeredjen. Ha a kormány megáll, állítsuk le a mérést Return test Peugeot 37 HDi VW POLO 1.9 PDTD MSTW angle [deg] Time [s] 16. ábra Kormány-visszatérési jelleggörbék 5 km/h-nál 15

16 3.4 Falhatás A mérés menete: Lassan guruljunk az autóval, majd tekerjük a kormányt középhelyzetbe és fékezzük le a jármvet úgy, hogy közben engedjük el a kormányt. Ezzel leterheljük a kormányt, vagyis elérjük azt, hogy a kormányszög és a kormányzási nyomaték is nulla lesz. Nyomjuk meg a mérkormányon a kormányszöget és a kormányzási nyomatékot kinullázó Reset gombokat. Indítsuk el a mérést. Tekerjük a kormányt az egyik irányba fokozatosan egyre gyorsabban egy fél fordulatot, majd egyenletesen lassan vissza a kiinduló helyzetbe Állítsuk le a mérést. 45 Wall effect test MSTW torque [Nm] MSTW angle speed [deg/s] 17. ábra Falhatás jelleggörbe (VW Polo) 16

17 3.5 Csillapítás A mérés menete: Haladjunk a jármvel egy meghatározott állandó sebességgel. Tekerjük a kormányt egy meghatározott helyzetbe. Indítsuk el a mérést, majd engedjük el a kormányt és hagyjuk, hogy magától mozogjon. Miután a kormány mozgása lecsillapodott állítsuk le a mérést. 5 4 Damping test Peugeot 37 HDi VW POLO 1.9 PDTD 3 2 MSTW angle [deg] Time [s] 18. ábra Kormánylengés-csillapítási jelleggörbék 8 km/h-nál 17

18 4 Kiértékelés 4.1 Kormányrásegítés A felvett kormányzási karakterisztikából az alábbi jellemzk állapíthatóak meg: 8 ept4 d max on 1.mat Measurement date:22-jun-24 6 M D M cpmax 4 M A M cpmin Steering wheel torque [Nm] M B -6 M C Steering wheel angle [deg] 19. ábra Kormányzási karakterisztika a fontosabb jellemzkkel feltüntetve A kormányzási szögtartomány. A maximális vezetnyomaték, amelynek számításánál nem szabad figyelembe venni a széls helyzetben történ nyomatéknövekedést, amelynek a futóm-geometriából származó ellenállás az oka. A 8. ábrán a kormányzási karakterisztika ±8 Nm közötti nagyításban látható. Jól megfigyelhet a [-4, 4] tartományban a hullámzás, ami a kormányrendszerben lév kardánkapcsolat eredménye. A nyomaték-egyenltlenség nagysága attól függ, hogy a kormányoszlop és a középs kormánytengely által bezárt szög milyen nagy. Értékét az alábbi képlettel számíthatjuk ki: M max M min c NU = 1 [%] M max 18

19 4.2 Szinusz kormányzás 6 ept5 8 max on 1.mat Measurement date:7-mar-23 4 Steering wheel torque [Nm] 2-2 H A s A M A δ A M B δ B H B s B Steering wheel angle [deg] 2. ábra Szinusz-kormányzási karakterisztika a fontosabb paraméterekkel A középponti nyomaték gradiens a nulla kormányzási nyomatéknál a kormányzási karakterisztikához húzott érint meredeksége. A 9. ábrán jól megfigyelhet a középponti nyomaték gradiens meredekségének változása jármsebesség függvényében. 19

20 4.3 Visszatérítés 1 ept12 2 r 9 1.mat Measurement date:22-jun w max 7 Steering wheel angle [deg] Time [s] fi 21. ábra Kormány-visszatérési jelleggörbe A kormány-visszatérítés jelleggörbéjébl a visszatérés idbeni lefolyása értékelhet. Jellemz a visszatérés kezdeti sebessége, amely a görbére illesztett érint meredekségébl számítható ki, valamint a maradó kormányszög, amelynél a bels súrlódások következtében nem tér jobban középállásba vissza a kormány. 2

21 4.4 Falhatás A szervokormány teljesítményének határát tudjuk megvizsgálni ezzel a teszttel. Hidraulikus szervokormány esetében a szivattyú szállításának a határát, elektromos szervokormány esetében pedig az áramfelvétel határát határozhatjuk meg. A kormányzási nyomaték és a kormány-szögsebesség növelésével elérjük a szervokormány maximális teljesítményét, amelynek következtében nem n tovább a rásegítés, a vezet nyomatéka megn a kormány-szögsebesség egyidej csökkenésével, majd a vezet csökkentve nyomatékát nem tekeri tovább a kormánykereket. A folyamat jól követhet a 22. ábrán. 45 Wall effect test MSTW torque [Nm] MSTW angle speed [deg/s] 22. ábra Falhatás jelleggörbe a mérkormányon 21

22 45 ept3 r c 1.mat Measurement date:7-mar F rack [N] STW angle speed [deg/s] 23. ábra Falhatás jelleggörbe a fogaslécre számított rásegít ern szemléltetve 22

23 4.5 Csillapítás A csillapítási jelleggörbébl a kormányrendszer saját csillapítását tudjuk értékelni. Általános követelmény, hogy a kormány magára hagyva maximálisan egy lengés után álljon be a középs helyzetbe. Ez fleg a kormányrendszerben lév elemek tömegétl, tehetetlenségétl, a járm haladási sebességétl, a gumiabroncsoktól valamint a csillapításoktól függ. Hidraulikus szervokormány esetében a hidraulika folyadék jól csillapítja a rendszert. 5 ept13 12 r on 1.mat Measurement date:22-jun Steering wheel angle [deg] w max Frequency -2-3 First overshoot Time [s] 24. ábra Kormánylengés-csillapítás jelleggöbéje a fontosabb paraméterekkel A 12. ábráról az alábbi jellemzket lehet meghatározni: Lengési amplitúdó maximális értéke: δ max Lengések száma A lengések frekvenciája Maradó kormányszög Az értékelésnél az a kormányrendszer mondható jobbnak, ahol az alábbi tulajdonságokat állapíthatjuk meg: A lengés maximális amplitúdója kisebb A lengések száma kevesebb A lengés frekvenciája kisebb A maradó kormányszög kisebb 23

24 5 Ellenrz kérdések Az alábbi ábra egy járm álló helyzetben felvett kormányzási karakterisztikáját mutatja. Magyarázza meg, hogy a kormányszög (-36, 36) fokos tartományában a karakterisztika hullámzásának okát! Kormányzási nyomaték [Nm] Kormányszög [ ] Számítsa ki a fenti karakterisztika alapján a nyomaték-egyenltlenség nagyságát (%-ban)! Rajzolja be az ábrába a számításához felhasznált értékeket! Az alábbi ábra egy járm 2 km/h sebességgel felvett kormány-visszatérési jelleggörbéje látható. A felvett jelleggörbén rajzoljon be egy olyan jelleggörbét, amely ugyanabból a kiinduló szöghelyzetbl gyorsabban indul vissza a középs helyzetbe, de a maradó kormányszöge nagyobb! Kormányszög [ ] Idõ [s] 24

25 Az alábbi ábrán két különböz járm 8 km/h sebességen felvett csillapítási jelleggörbéje látható. Értékelje a két görbét! 5 4 Damping test Peugeot 37 HDi VW POLO 1.9 PDTD 3 2 MSTW angle [deg] Time [s] 25

26 6 Felhasznált irodalom, linkek A hidraulikus rendszer és elemeinek felépítéséhez: A mérrendszer felépítéséhez: