Способ оптимального демпфирования вынужденных колебаний транспортного агрегата Советский патент 1993 года по МПК B60G25/00 

Изобретение относится к машиностроению, к регулируемым и управляемым подвескам транспортных средств.

Для предотвращения пробоя подвески, повышения эффективности гашения колебаний, описываемых уравнением

у+2 Ју+ Шо2у Wo2 , (t)+2of (t). (I)

сгде у - вертикальное перемещение подрессоренных масс;

rj- ткущее значение радиуса дорожной неровности;

е- коэффициент демпфирования амортизатора;

сое, - собственная частота колебаний подрессоренных масс осуществляют изменение сопротивления hf. амортизатора по закону

tj(i)

(2)

где &Ј - изменение сопротивления амортизатора.

Для осуществления такого закона управления активная подвеска транспортного агрегата содержит 2 емкостных датчика, один из которых установлен перед передним колесом транспортного средства, другой на днище транспортного средства на равных расстояниях от поверхности земли. Имеется электрод, контактирующий с поверхностью земли и подключенный к первой диагонали мостовой схемы, состоящей из потенциометров и датчиков. Другая диагональ мостовой схемы запитывается от генератора высокой частоты, а в первую диагональ включен детектор с выходом на операционный усилитель.

00

о

00 VJ

N

ел

Второй операционный усилитель подключен к массе через резистор.

В ыход первого операционного усилителя подключен к первой обмотке электромагнитного клапана гидравлического амортизатора, а выход второго операционного усилителя подключен ко второй обмотке электромагнитного клапана. Обмотки расположены на магнитопроводах с зубцами, которые расположены над зубчатым магнитопроводом цилиндрической задвижки. В средней части задвижка закреплена на штоке амортизатора, а в нижней части задвижка подвижно установлена в кольцевой выемке поршня амортизатора. Поршень имеет входные и выходные клапаны, которые сообщают пространство под поршнем амортизатора с пространством над поршнем амортизатора через отверстия в цилиндрической задвижке.

При движении транспортного средства по ровному участку дороги расстояние от поверхности земли до пластин датчиков одинаково, поэтому мостовая схема сбалансирована и гидравлический амортизатор имеет минимальное сопротивление.

При появлении на дороге перед транспортным средством неровности, радиус которой вызывает в подвеске удары или колебания корпуса средней частоты со значительными амплитудами, расстояние между пластиной датчика, установленного перед передним колесом, и поверхностью дороги, изменяется по сравнению с расстоянием от второго датчика, на днище, до поверхности дороги. Баланс мостовой схемы нарушается и на его диагонали появляется сигнал, пропорциональный величине неровности на дороге. Поступивший сигнал приводит в действие рабочую схему, в результате чего сопротивление амортизатора увеличивается на величину, пропорциональную величине неровности на дороге. Поскольку интенсивность воздействия одной и той же неровности дороги на подвеску и амортизатор зависит от скорости движения транспортного средства и с увеличением скорости все более приобретает характер удара, то сопротивление амортизатора должно увеличиваться пропорционально скорости движения для ликвидации пробоев в подвеске. Для этого служит датчик скорости движения транспортного средства (штатный спидометр), к приводу которого кинематически подключен потен циометр, сопротивление которого увеличивается пропорционально скорости движения. Таким образом, чем больше скорость движения транспортного средства, тем больше величина сопротивления и уве-

личивается жесткость амортизатора на величину, необходимую для ликвидации пробоя в подвеске при данной скорости движения транспортного средства. 5Закон управления (2) по авт.св. N; 1461650 обеспечивает лишь защиту подвески от пробоя и не улучшает плавность хода транспортного средства.

10 Это является следствием того, что:

1. Емкостные датчики установлены на днище транспортного средства (раме) и поэтому управление жесткостью амортизатора фактически осуществляется не по

15 величине дорожной неровности, как утверждается в описании изобретения, а по величине геометрической разности амплитуды колебаний и перемещения объекта, а управление по величине радиуса дорожной неров20 ности осуществляется только до момента наезда колес на неровность.

2. Закон, предусматривающий только увеличение коэффициента сопротивления амортизатора по скорости движения к радиу25 су дорожной неровности не приводит к улучшению плавности хода, т.к. его изменение должно происходить по программе, вытекающей из характера колебаний транспортного средства и характеристик дорожных неровно30 стей. Кроме того, при изменении амплитуды колебаний жесткость амортизатора должна изменяться не прямопропорционэльно частоте и амплитуде дорожных неровностей, а пропорционально квадрату частоты кинема35 тического возбуждения со стороны дороги и обратно пропорционально квадрату амплитуды дорожных неровностей,

Указанное доказывается следующим: известно, что для транспортного сред 0 ства колебания возникают в результате кинематического возбуждения со стороны дороги и описываются при наличии амортизатора в подвеске уравнением вида (1). В этом случае заменой переменных

45

yftKWe (3) оно приводится к стандартному виду 50 Ј (t)+ wz Ј (t) (t) од,2+2 vj e& сЛ(г); (4) t(, , где (i ah2-a.

Co К Co

55

или a

jЈ

M

к: с

M M

(40

где М -- приведенная к оси масса;

Со - жесткость упругого элемента;

k - сопротивление амортизатора.

Принципиальным здесь является то, что от коэффициента демпфирования зависит как левая часть уравнения (4), так и правая, поэтому при осуществлении колебаний необходимо сопротивление амортизатора или жесткость (С) согласно (41) менять по некоторому закону, определяемому как характером неровностей, так и характером колебаний.

Цель изобретения - повышение плавности хода и эффективности гашения колебаний.

Поставленная це ль достигается тем, что измеряется скорость движения транспортного средства, длина волны дорожной неровности, амплитуда дорожной неровности и формируется сигнал на изменение жесткости, пропорциональный квадрату скорости движения транспортного средства и обратно пропорциональный квадратам длины волны и амплитуды колебаний дорожной неровности согласно формуле

С учетом этого, уравнение (4) будет иметь

вид:

| + аЈ+(1 +Р)|(Ыо(1 +Р)7, (7)

где

АС

р гV43

(8)

Для определения оптимального закона изменения жесткости используется метод принци/ia максимума Л.С.Понтрягина. Со- гласно этого метода оптимальное значение управления р находится из условия максимума функции Гамильтониана Н

vЈ + Vt ™(Ј V р). О)

Здесь р - область допустимого изменения р; ip - переменная сопряженного уравнения

Изобретение относится к машиностроению, в частности к регулируемым и управляемым подвескам транспортных средств. Сущность изобретения: измеряется скорость движения транспортного средства, длина волны дорожной неровности, амплитуда дорожной неровности и формируется сигнал на изменение жесткости амортизатора по закону, который формируется системой контроля и измерения параметров состояния объекта, демпфирующего устройства и дорожного покрытия, содержащую подсистему измерения скорости движения объекта, перемещение упругого элемента демпфирующего устройства, измерения параметров дорожных неровностей и подсистему формирования команд, которая выдает управляющий сигнал на устройство регулирования жесткости демпфирующего устройства, которое через кинематические звенья осуществляет воздействие на объект, а сигналы о состоянии демпфирующего устройства и объекта по каналам обратной связи подаются на вход системы контроля и измерения параметров состояния объекта. 1 ил. СО С

где Mk - приведенная к оси масса транспортного средства;

v - скорость движения транспортного средства;

S -длина волны дорожной неровности;

т/о - амплитуда дорожной неровности;

hg - динамический ход подвески.

Полученный закон доказывается следующими положениями:

Пусть в качестве критерия, характеризующего эффективность гашения колебаний, назначено время гашения колебаний так, чтобы в момент окончания процесса амплитуда колебаний Ak не превышала заданной величины, а время при этом было бы минимальным. Т.е. математическая формулировка цели оптимизации будет следующая:

tk

min

(5)

1/2

t-tk. $+%/afi Ak,

. .. из которого следует, чтобы управление было

В качестве оптимизирующей функции уп- 55 оптимальным и доставляло максимум га- равления выберем отклонение жесткости МИЛЬтониануН, необходимо выполнение ус- упругого элемента от его номинального значения Со

ловия:

АС С-Со .

(6)

30

которое в развернутом виде записывается так:

35

+оё(1+Р)0 0.

(11)

Краевые значения для сопряженной временной получим из условий трансверсальности при .

Здесь они имеют вид

уъ А & ; t/s -AЈk/Ak,(12) Akuf

H(Јk,Vk. P,tk)0,

где А- множитель Лагранжа.

Раскрывая выражение (9) с помощью(7). будем иметь

н -1-н/Ј+(), С13)

оптимальным и доставляло максимум МИЛЬтониануН, необходимо выполнение

ловия:

(-ЈДО ,

(14)

Ј

ПоО) J-a

{vsintwt - cuslmtf+

-f jcosort + sinon.

L

(16)

V 7ЈuJЈj + is|nQ tJ + i--t)

-twii±

Т ft)

X COSft/t I + 1 -1)1,лп „Я .,2JA/

v J алг-i у;

где Јj - значение основной переменной при

j (в начальный момент времени);тогда Ј}- откуда

Јн-1 - значение основной переменнойv при (в конечный момент времени). 45

ле а - ,

Пусть , Tj+i 1. tjo В момент t n, ij ( TI) %(т 1), т.е.

(П) - /(ri) {vsinwri - wsinvn - osivt J1°V 9 toslnQ i - vslnvn Oj(17) к -or

Из условия (17) определяется момент переключения п управления. Перемещение и скорость перемещения в этот момент будут

где hg - динамический ход 50 и величину изменения жес мо изменить с учетом част ского возбуждения колеб движения агрегата, длины сти), амплитуды неровнос 55 верхности дороги, допуст амплитуды колебаний т средства.. На последующ t TJ + 1 величина и зн ются аналогично.

На последующих интервалах t E ц, TJ + знак управления меняется периодически.

Таким образом, решение построено полностью.

Рассмотрим на примере движения системы на интервале t E{0, r-i порядок вычисления жесткости упругого элемента.

Пусть допустимое значение Јi задано, iHhgHH

(21)

tjo

где hg - динамический ход подвески, и величину изменения жесткости необходимо изменить с учетом частоты кинематического возбуждения колебаний v (скорости движения агрегата, длины волны неровности), амплитуды неровностей опорной по- верхности дороги, допустимого значения амплитуды колебаний транспортного средства.. На последующих интервалах t TJ + 1 величина и знак ДС определяются аналогично.