Способ оптимального демпфирования вынужденных колебаний транспортного агрегата

 

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

Г )К)-! СОВГ! (. КИХ (. О11иАпи(тических F С ПАВ!! ИК

111! В 60 G 25/00

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР ("ОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2) (Ле!-ЯЯП !7У(t) 1, (21) 4904303/11 (22) 22,01.91 (46) 15.04.93. Бюл. ¹ 14 (72) А.И,Костоглотков, B.È.Hèêèòèí и

О.С.Попов (56) Понтрягин Л,С. Математическая теория оптимального управления. M., Наука, 1979, Авторское свидетельство СССР

¹ 1461650,, кл,,В 60 G 25/00, 1986. (54) СПОСОБ ОПТИМАЛЬНОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ

ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА (57) 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 сигИзобретение относится к машиностроению, к регулируемым и управляемым подвескам транспортных средств, Для предотвращения пробоя подвески, повышения эффективности гашения колебаний, описываемых уравнением

Ъ у+2 еу+ в, y= м, 7у (т)+2ау (t), (1)

& где у — вертикальное перемещение подрессоренных масс; у- Яэкущее значение радиуса дорожной неровности; е — коэффициент демпфирования амортизатора; иь — собственная частота колебаний подрессоренных масс осуществляют изменение сопротивления A. амортизатора по закону

„.,50„„1808745 Al нал 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, ° вам где Ля — изменение сопротивления аморти- QQ затора, С)

Для осуществления такого закона уп-, равления активная подвеска транспортного: агрегата содержит 2 емкастных датчика,, один из которых установлен перед пере- дним колесом транспортного средства, другой на днище транспортного средства на равных расстояниях от поверхности земли, Имеется электрод, контактирующий с по- а верхностью земли и подключенный к первой диагонали мостовой схемы, состоящей из потенциометров и датчиков. Другая диа-: гональ мостовой схемы запить1вается от генератора высокой частоты, а в первую диагональ включен детектор с выходом на операционный усилитель.

1808745

20 ке

30 у(т)= ()е (3) (4) где (lP= (. . - AP.

K «Cо — К С

M М М или а о (4 t) 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 магнитопроводахс 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 задвижПри 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 по- 35 верхности дороги. Баланс мостовой схемы нарушается и на его диагонали появляется сигнал, пропорциональный величине неровности на дороге. Поступивший сигнал приводит в действие рабочую схему, в 40 результате чего сопротивление амортизатора увеличивается на величину, пропорциональную величине неровности на дороге, Поскольку интенсивность воздействия одной и той же неровности дороги на подвеску 45 и амортизатор зависит от скорости движения транспортного средства и с увеличением скорости все более приобретает характер удара, то сопротивление амортизатора должно увеличиваться пропорцио- 50 нально скорости движения для ликвидации пробоев в подвеске. Для этого служит датчик скорости движения транспортного средства (штатный спидометр), к приводу которого кинематически подключен потен- 55 циометр, сопротивление которого увеличивается пропорционально скорости движения. Таким образом, чем больше скорость движения транспортного средства, тем больше величина сопротивления и увеличивается жесткость амортизатора на величину, необходимую для ликвидации пробоя в подвеске при данной скорости движения транспортного средства.

Закон управления (2) по авт.св. М

1461650 обеспечивает лишь защиту подвески от пробоя и не улучшает плавность хода транспортного средства.

Это является следствием того. что:

1. Емкостные датчики установлены на днище транспортного средства (раме) и поэтому управление жесткостью амортизатора фактически осуществляется не по величине дорожной неровности, как утверждается в описании изобретения, а по величине геометрической разности амплитуды колебаний и перемещения объекта. а управление по величине радиуса дорожной неровности осуществляется только до момента наезда колес на неровность.

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

Указанное доказывается следующим; известно, что для транспортного средства колебания возникают в результате кинематического возбуждения со стороны дороги и описываются при наличии амортизатора в подвеске уравнением вида (1). В этом случае заменой переменных оно приводится к стандартному виду ф(е)+ и г (й)=Я(й) а +2 ву)е =

1808745 где (8) 7Г+Ж 0 дН d BH ф (10) 2

ЛС Ч< —,— (1 9)2, S /о (12) Н(ь-к, +, Р, tg) = О, я, где Л вЂ” множитель Лагранжа.

Раскрывая выражение (9) с помощью(7), 50 будем иметь

1k

1=fdt- min о

1/2

t=tl<, ф + Ц/йР) =Ах, р= р sgn(y — ф)ф, (14) ЛС = С-Со (6) где M — приведенная к оси масса;

С вЂ” жесткость упругого элемента;

k — сопротивление амортизатора.

Принципиальным здесь является то, что от коэффициента демпфирования зависит 5 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 характе- 10 ром неровностей, так и характером колебаний.

Цель изобретения — повышение плавности хода и эффективности гашения колебаний. 15

Поставленная цель достигается тем, что измеряется скорость движения транспортного средства, длина волны дорожной неровности, амплитуда дорожной неровности и формируется сигнал на изменение жест- 20 коСти, пропорциональный квадрату скорости движения транспортного средства и обратно пропорциональный квадратам длины волны и амплитуды колебаний дорожной неровности согласно формуле 25

30 где М1 — приведенная к оси масса транспортного средства; и — скорость движения транспортного средства;

S — длина волны дорожной неровности; р — амплитуда дорожной неровности;

hg — динамический ход подвески.

Полученный закон доказывается следующими положениями:

Пусть в качестве критерия, характеризу- 40 ющего эффективность гашения колебаний, назначено время гашения колебаний так, чтобы в момент окончан 1я процесса амплитуда колебаний Ak не превышала заданной величины, а время при этом было бы мини- 45 мальным. Т.е, математическая формулировка цели оптимизации будет следующа .

В качестве оптимизирующей функции уп- 55 равления выберем отклонение жесткости упругого элемента от его номинального значения Со

С учетом этого, уравнение (4) будет иметь вид: (+ и4 + (1 + Рg = o4(1 + Р) ц, P) Для определения оптимального закона изменения жесткости используется метод принцев максимума Л.С.Понтрягина. Со-. гласно этого метода оптимальное значение управления р находится из условия максимума функции Гамильтониана Н

Здесь р — область допустимого изменения р; ф — переменная сопряженного уравнения которое в развернутом виде записывается так:

Краевые значения для сопряженной временной получим из условий трансверсальности при t k

Здесь они имеют вид

Н= — 1 + 1ф + (1 + P)(q — @) (13) иэ которого следует, чтобы управление было оптимальным и доставляло максимум гамильтониану Н, необходимо выполнение условия:

1808745

20 р= I p I $оп Л (19) (15) y = yoslnvt.

+ ф1созы + „р1пв, и (16) х сазов) -) 1 — t)), л 2лн

40 и)Г1 = —; —

2 $ тогда g, откуда

45 д(: = С. М„2-() 2

go (2 1) Пусть tj=0, tj+1= 1. где I p I — допустимое значение р иэ области р.

Таким образом, оптимальным является изменение управления по закону (14). В этом случае жесткость должна изменяться скачкообраным относительно своего номинального значения, а задача о выделении такого управления сводится к решению краевой задачи оптимального управления. При. чем, для переменной )=, краевые условия заданы при t=O. а для сопряженной переменной ф- при т=т .

Рассмотрим:порядок построения решения в случае, когда уравнение является кусочно-постоянной функцией. Из (14) следует, что переключение управления (скачкообразное изменение жесткости) будет происходить в моменты времени Г), когда y(rj) =ф(т ) и

gzj) =О. Пусть параметры неровностей изменяются по гармоническому закону

Тогда на интервалах времени t E(rj tj-)-1) управление будет постоянным и решения . для основной ф и сопряженной ф переменных будет иметь вид (†nstnvn — 1п 4

tp= si+islnQ(ti+1 — s)+ „x

Л kj+1 где Q — значение основной переменной при =Г) (в начальный момент времени); (j+> — значение основной переменной при t j+1 (в конечный момент времени).

В момент Г=Г1, (Г1)= (Г 1), т.е. ь(Г1) — (Г1) — — (Р81п О)Г1 — из! пУГ1)—

РР— sJosl1rt — rusinvni — vslnvrl) = 0)i7)

Иэ условия (17) определяется момент переключения Г1 управления. Перемещение и скорость перемещения в этот момент будут o ° О go (i = — ь)))г )Г1; j1 = — — -СОНГ).

М Р

5 ф1 1 = —,дсоток); (18)

Л

4„®2 v4), ko ф1 — = — — р,э I пик).

vAy

Из рассмотрения (18) и знака разности ((t) — g(t) замечаем, что на участке 6(О, Г1) ((t) — tg(t) <О, c0s ак1)0, 15 тогда согласно (14) знак управления будет определяться знаком множителя Лагранжа Л,те, По (18) следует, чтобы перемещение и скорость перемещения транспортного агрегата были минимальными, нужно согласно (18)

25 частоту й) уменьшать, т,е. р= I - р I, Sg l) Л=-1 (20) на последующих интервалах t E(rj, Г) ) 1) знак управления меняется периодически.

Таким образом, решение построено полностью.

Рассмотрим на примере движения системы на интервале t E(0, Г1) порядок вычисления жесткости упругого элемента.

Пусть допустимое значение 1 задано, Ь=Рчий где hg — динамический ход подвески, 50 и величину изменения жесткости необходимо изменить с учетом частоты кинематического возбуждения колебаний т (скорости движения агрегата, длины волны неровности), амплитуды неровностей опорной по55 верхности дороги, допустимого значения амплитуды колебаний транспортного средства., На последующих интервалах

t C (rj Г) ) 1) величина и знак дС определяются аналогично.

1808745

Изобретение выполняется следующим образом.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого способа демпфирования колебаний при кинематическом воэбуж- 5 дении транспортного средства.

Система контроля и измерения параметров состояния объекта, дорожного покрытия и демпфирующего устройства 1, содержащая подсистему измерения скоро- 10 сти перемещения (движение) объекта 2, выполненную в виде датчика ускорений с последовательно подключенным к нему апериодичееким звеном, подсистему измерения перемещения упругого элемента де- 15 мпфирующего устройства 3, выполненного, например, в виде емкостного датчика, подсиСтему измерения параметров дорожных неровностей 4, выполненную в виде емкостных датчиков, установленных на осях объек- 20 та, и подсистему формирования команд 5, содержащую, например, систему соединен- . ных в определенном порядке реле, которая выдает сигнал 6 на устройство регулирования жесткости 7, выполненное, например, в 25 виде управляемого электропневмоклапана с регулируемым проходным сечением, разьедИняющего полость пневмоцилиндра демпфирующего устройства 8, воздействующего через кинематические звенья 9 на объект 10, 30 при этом сигналы о состоянии демпфирующего устройства 8 и объекта 10 по каналам обратной связи 11 и 12 подаются на вход системы контроля и измерения параметров состояния объекта 1. 35

Формула изобретения

Способ оптимального демпфирования вынужденных колебаний транспортного 40 средства, предусматривающий измерение скорости и перемещения колебательного движения транспортного средства, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения плавности хода и эффективности гашения колебаний, измеряют длину волны и амплитуду дорожных неровностей, деформацию подвески и осуществляют изменение жесткости подвески по закону

С=Ссi+ ЛСЯ п F< где ЛС вЂ” допустимое приращение жвсткости. устанавливаемое пропорционально квадрату скорости движения и обратно пропорционально длине волны неровности и амплитуды основной демпфирующей формы колебания причем для предотвращения пробоя подвески величину жесткости ограничивают согласно выражению г

I hC I M fhg) о где ф) — текущее значение высоты дорожных неровностей;

Qt) — текущее значение амплитуды колебаний. д — амплитуда дорожных неровностей;

$ —. длина волны дорожных неровностей; ч — скорость перемещения транспортного агрегата;

M — приведенная к оси объекта масса;

hg — динамический ход подвески;

Со — жесткость упругого элемента;

f. — коэффициент демпфирования амортизатора; ф- основная переменная, 1809745! !

Составитель А. Костоглотков

Техред M.Mîðãåí Tàë Корректор А. Козориз

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1252 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5