kutatás

Változtatható geometriájú futóműre épülő független kormányzás irányítástervezése

2016.02.03.

Amint arról korábban írtunk, az Autószektort kiadó Autós Nagykoalíció elkötelezett a fiatal mérnökök felkarolásában és támogatásában. Ennek a törekvésnek a részeként tavaly két BME mérnök hallgató kapott elismerést a hagyományos, őszi Tudományos Diákköri Konferencián bemutatott kutató munkájáért. A díjazottak közül először Fényes Dániel Járműmérnök B.Sc. hallgató TDK dolgozatát tesszük közzé.

szerző: Fényes Dániel

Összefoglalás

Dolgozatom fő témája irányítástervezés változtatható geometriája futóművekhez, amellyel a járműkerekek független kormányzása kormánymű nélkül megvalósítható. Jelen tanulmányban egy, a felfüggesztésben elhelyezett beavatkozó segítségével változatom a felfüggesztés kormánylegördülési sugarát mely segítségével létrehozható a kívánt kormányszög. Dolgozatom célja a futómű geometriai modellezése Matlab SimMechanics környezetben, és egy kétszintű pályakövető lineáris kvadratikus (LQ) optimális irányítás tervezése. Ebben az irányítási struktúrában az alsószintű szabályzó a beavatkozó segítségével létrehozott futómű geometria változásért felel, a kerékpár modell alapján tervezett felsőszintű szabályzó pedig a jármű trajektória követését biztosítja.

1 Bevezetés

1.1 Motiváció

Az elmúlt évtizedekben az autóipar egyik fontos célkitűzése a gépjárművek súlyának csökkentése, ami által nem csak a gyártási költségek mérsékelhetőek, de a járművek által felhasznált üzemanyag mennyisége is. Napjainkban több kutatás is foglalkozik a járművek egyes részegységeinek kiváltásának lehetőségeivel. Egy ilyen lehetőség az agymotoros járművek esetén alkalmazott differenciális keréknyomatékkal megvalósított kormányzás, ami által kiváltható a gépjármű kormányműje. Jelen vizsgálat célja egy új változtatható geometriájú futóműre épülő kormányzási struktúra kidolgozása és irányítástervezése, amely a későbbiekben összehangolható az agymotoros járművek differenciális keréknyomatékán alapuló kormányzással.

1.2 Irodalomkutatás

Az utóbbi évtizedekben számos új kutatási és fejlesztési tendencia alakult ki a gépjármű fejlesztés területén [1]. Az autóipar jelentős hangsúlyt fektet a városi közlekedés, az alternatív üzemanyagok, a járműbiztonsági rendszerek, környezetbarát és hatékony gyártás fejlesztésére. Több folyóirat cikk, konferencia előadás is született ebben a témakörben. Egy új lehetőség a gépjármű biztonság területén a változtatható geometriájú felfüggesztések alkalmazása. Amely kialakítás több előnnyel is rendelkezik: egyszerű struktúra, alacsony energiafogyasztás és alacsony költségvonzat [2] [3]. Mivel a gazdaságossági és biztonsági tulajdonságait elsősorban a jármű kialakítása, illetve a jármű dinamikája határozza meg, emiatt egyre fontosabb kérdéssé vált a megfelelő szabályozás kialakításra. A kontrol bemenete változtatható geometriájú futóművek esetén az első és hátsó kerekek kerékdőlése, mellyel kritikus helyzetekben, mint éles kanyarodás, kettős sávváltás és egyéb veszélyes manőverek esetén támogatni tudja a vezetőt.  Az irányítási rendszereknek garantálniuk kell a jármű pályakövetését, borulásgátlását, figyelembe véve a geometria korlátokat. Az évek során a pontosabb irányítástervezés támogatásához, több nem lineáris futómű modell is kifejlesztésre került, mind a MacPherson struktúrához [4], mind a háromszög-trapéz keresztlengőkaros futómű geometriához [5]. A változtatható geometriájú futóművek széles körben alkalmazhatóak, többek között a már említett járműdőlés szabályozásához, mely során a járműborulási centrumát helyezzük át a jobb menetdinamika biztosításához [6]. Jelen vizsgálat célja a jármű pályakövetésének biztosítása változtatható geometriájú futómű alkalmazásával.

1.3 Futómű kiválasztása

A vizsgálat első és egyik legfontosabb lépése az alkalmazandó futómű geometria kiválasztása volt. A modern személygépjárműveknél két legelterjedtebb típus a MacPherson (1.1. ábra), illetve a háromszög-trapéz keresztlengőkaros (1.2. ábra) struktúra. Mindkét kialakítás különböző előnyökkel, illetve hátrányokkal rendelkezik. Általánosan elmondható, hogy a MacPherson felfüggesztés egyszerűbb kialakítású, ezáltal az előállítási költsége viszonylag alacsony. Hátrányának róható fel a kedvezőtlenebb futási tulajdonság.

Jelen dolgozat célja, hogy kizárólag a kormánylegördülési sugár (r) változtatásával - bármelyen egyéb kormányszerv nélkül - adott sebesség mellett az abroncsokon létrejövő hosszirányú erő által létrehozott nyomaték segítségével állítsuk elő a megkívánt kormányszöget.

1.1. ábra Macpherson felfüggesztés

1.2. ábra keresztlengőkaros felfüggesztés

A kormánylegördülési sugár meghatározása mindkét esetben hasonló módon történik. A gömbcsuklók középpontjainak, - E illetve a G pontok- összekötésével megkapott egyenes reprezentálja a felfüggesztés elkormányzási tengelyét. Az e tengely és a talaj döféspontja illetve az abroncs felfekvési pontja áltál meghatározott szakasz lesz az adott felfüggesztés legördülési sugara. Általánosságba elmondható, hogy míg a háromszög-trapéz keresztlengőkaros struktúrát viszonylag nagy pozitív kormánylegördülési sugárral szokták előállítani, addig a MacPherson felfüggesztést nulla közeli, illetve akár negatív kormánylegördülési sugárral is gyártható. E megfontolások alapján érdemesebb a Macpherson kialakítást választani a vizsgálathoz, mivel elengedhetetlen mindkét irányba előállítani a kormánylegördülési sugarat.

A kormánylegördülési sugár változtatása több módon is elérhető. Az egyik lehetőség a változtatható geometriájú futóműveknél gyakran használt módszer; a felfüggesztés bekötési pontjainak módosítása beavatkozó segítségével. Jelen esetben ezek a pontok a rugó-csillapító tag E pontja, illetve az ábrán nem jelölt alsó lengőkar végpontja. Ezen pontok elmozdításával elérhető az elkormányzási tengely módosítása, ezáltal a kormánylegördülési sugár változása, de ez a módszer nagymértékű nem kívánt módosítást hajt végre a futóművön, többek között olyan irányú kerékdőlést hozz létre, mely éppen ellenkezőleg hat a kormánylegördülési sugárra. Egy másik lehetőség, hogy a kerék és a felfüggesztés közé elhelyezett beavatkozóval direkt kerékdőlést létrehozva módosítani az abroncs felfekvési pontját. Ez a módszer minimális geometria változással jár, így csökkenthetőek a nem kívánt változások. Ezért a vizsgálathoz ezt a módszert választottam.

1.4 Irányítási struktúra

A vizsgálat során egy kétszintű hierarchikus irányítási struktúra kerül alkalmazására melynek blokkvázlata a 1.1-es ábrán látható. E struktúrában a felsőszint reprezentálja magát a járművet (Vehicle), a kontroller (Kupper) pedig biztosítja a pályakövetést biztosító referenciajel követését, illetve előállítja az ehhez szükséges alsószintű kontroller referencia jelét. Az alsószint reprezentálja a jármű felfüggesztését (Suspension) , illetve a kontroller (Klower) biztosítja a kívánt kerékdőlés létrejöttét.

1.3 ábra Irányítási struktúra

A hierarchikus irányítás előnye, hogy a bonyolult rendszert kisebb egységekre felbontva egyszerűbb, kezelhetőbb rendszereket kapunk, melyekhez egymástól függetlenül megtudjuk tervezni az egyes szabályzókat.

 

A cikket folytatjuk. A cikk a szerző TDK dolgozatának része. A kutatómunkát tartalmi változtatás nélkül közöltük.

konzulens: Dr. Németh Balázs, Magyar Tudományos Akadémia, Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet

 

 

Az oldal fő támogatója

 

2018.01.23
A motorsport bővelkedik az olyan versenyzőkben, akikben megvan a tehetség bármilyen jármű....
2018.01.23
Van öt ember Magyarországon, akinek az elmúlt néhány hónapban biztosan számos irigye akadt: ennyi....
2018.01.22
- Az informatikusok, a villamos- és gépészmérnökök gyakorlati képzésnek támogatására együttműködési....
2018.01.22
A Hungexpo G-pavilonjában, 2018. március 23-25. között kerül megrendezésre immár hatodik alkalommal....
2018.01.22
A Tour de France versenyen aratott győzelem és a legjobb kerékpárcsapat címmel járó, sikeres évad....
2018.01.22
Májusban rendezik a XI. Nemzetközi AVENTICS Pneumobil Versenyt Egerben, ahol az eddigi....
2018.01.22
Qiao Wei Kínából küldte rajzát az Autós Nagykoalíció és az autoszektor.hu karikatúra pályázatára. ..
2018.01.22
Új generációs önvezető kísérleti járművet mutatott be a Toyota a CES informatikai szakkiállításon.....
2018.01.22
- Csökkenti bruttó 2 forinttal a 95-ös benzin és bruttó 4 forinttal a gázolaj literenkénti....
2018.01.22
- A korábbi évek adatát több mint 20 százalékkal meghaladva tavaly megközelítette a négymilliót a....