АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТЬЮ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Литературно-патентный обзор существующих систем автоматического
управления жесткостью подвески автомобиля 9
1.1 Общие сведения о подвеске автомобиля. Виды подвески 9
1.2 Адаптивные подвески 14
1.2.1 Существующие системы адаптивных подвесок и их элементы 14
1.2.2 Основные методы управления, применяемые в системах адаптивных
подвесок 21
1.3 Патентный обзор 28
2 Описание объекта и разработка структурной схемы 34
3 Выбор и обоснование элементной базы 36
3.1 Датчики клиренса 36
3.2 Акселерометры 37
3.3 Лазерные дальномеры 39
3.4 Датчик скорости 41
3.5 Кнопка переключения режимов 42
3.6 Индикатор текущего режима 42
3.7 Исполнительные элементы 43
3.8 Драйверы для управления исполнительными элементами 45
3.9 Контроллер 46
4 Принципиальная схема системы 48
4.1 Подключение датчиков клиренса 48
4.2 Подключение акселерометров 48
4.3 Подключение лазерных дальномеров 49
4.4 Подключение датчика скорости 50
4.5 Подключение кнопки переключения режимов 50
4.6 Подключение светодиодного индикатора 51
4.7 Подключение драйверов 51
4.8 Подключение исполнительных устройств 52
5 Алгоритм работы системы 53
6 Разработка программного обеспечения для управляющего устройства 58
7 Моделирование системы в программном пакете Amesim 59
7.1 Построение системы 59
7.2 Экспериментальная часть 61
7.2.1 Исследование характеристик системы при разных диапазонах
изменения коэффициента демпфирования 62
7.2.2 Исследование характеристик системы при разных частотах
возмущающего воздействия 66
7.2.3 Исследование характеристик системы при подаче трапецеидального
возмущения различной амплитуды 70
7.3 Анализ результатов испытаний модели 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ
1 Литературно-патентный обзор существующих систем автоматического
управления жесткостью подвески автомобиля 9
1.1 Общие сведения о подвеске автомобиля. Виды подвески 9
1.2 Адаптивные подвески 14
1.2.1 Существующие системы адаптивных подвесок и их элементы 14
1.2.2 Основные методы управления, применяемые в системах адаптивных
подвесок 21
1.3 Патентный обзор 28
2 Описание объекта и разработка структурной схемы 34
3 Выбор и обоснование элементной базы 36
3.1 Датчики клиренса 36
3.2 Акселерометры 37
3.3 Лазерные дальномеры 39
3.4 Датчик скорости 41
3.5 Кнопка переключения режимов 42
3.6 Индикатор текущего режима 42
3.7 Исполнительные элементы 43
3.8 Драйверы для управления исполнительными элементами 45
3.9 Контроллер 46
4 Принципиальная схема системы 48
4.1 Подключение датчиков клиренса 48
4.2 Подключение акселерометров 48
4.3 Подключение лазерных дальномеров 49
4.4 Подключение датчика скорости 50
4.5 Подключение кнопки переключения режимов 50
4.6 Подключение светодиодного индикатора 51
4.7 Подключение драйверов 51
4.8 Подключение исполнительных устройств 52
5 Алгоритм работы системы 53
6 Разработка программного обеспечения для управляющего устройства 58
7 Моделирование системы в программном пакете Amesim 59
7.1 Построение системы 59
7.2 Экспериментальная часть 61
7.2.1 Исследование характеристик системы при разных диапазонах
изменения коэффициента демпфирования 62
7.2.2 Исследование характеристик системы при разных частотах
возмущающего воздействия 66
7.2.3 Исследование характеристик системы при подаче трапецеидального
возмущения различной амплитуды 70
7.3 Анализ результатов испытаний модели 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ
На данный момент почти в каждой семье есть личный автомобиль. Зачастую наиболее весомым критерием его выбора является комфорт и безопасность при вождении, которые, в свою очередь, обеспечиваются в значительной степени за счёт элементов подвески. Из открытых источников [1], [2] известно, что на её разработку и тестирование автопроизводители выделяют большое количество ресурсов, как материальных, так и человеческих.
Развитие упруго-демпферных систем автомобиля началось с самого появления автомобиля, а исследования в этой области ведутся и по сей день [3], [4]. Сегодня автопроизводители всё чаще прибегают к замене классической пассивной подвески на регулируемую или, в отдельных случаях, на активную подвеску. Последняя позволяет изменять характеристики жесткости непосредственно во время движении автомобиля, что значительно улучшает комфорт и безопасность при вождении, а также, при правильном использовании и настройке, значительно снижает нагрузки на раму автомобиля и элементы самой подвески, что впоследствии приводит к увеличению срока её безотказной работы .
На данный момент существует множество систем адаптивной подвески от известных автопроизводителей, которыми они оснащают свои автомобили (DCC от компании Volkswagen, ADS от компании Mercedes-Benz, AVS от компании Toyota, Magnetic Ride от компании Audi и др.). Все эти системы применяются исключительно в автомобилях премиум сегмента, что обусловлено высокой стоимостью данных систем. Однако, потребность в подобных системах есть и для автомобилей низко - и средне-ценовой категорий. Также нужно отметить, что в открытой печати отсутствует подробная информация о таких системах, из -за чего крайне трудно найти их техническое описание. В связи с этим, разработка аналогичной, однако более
доступной или же эффективной системы адаптивной подвески является на сегодняшний день актуальной задачей.
Целью работы является разработка автоматизированной системы управления жесткостью подвески автомобиля.
Для достижения поставленной цели необходимо будет решить ряд задач, а именно:
- провести литературно-патентный обзор;
- разработать структурную схему системы;
- разработать алгоритм работы системы;
- выбрать элементную базу;
- разработать принципиальную электрическую схему;
- разработать программу для управляющего устройства;
- произвести моделирование системы.
Разрабатываемая автоматизированная система должна будет обеспечивать все основные функции аналогичных систем: уменьшение крена корпуса автомобиля при разгоне - торможении или же повороте влево - вправо; снижение шума и вибраций, передающихся в салон автомобиля при езде путём независимого управления жесткостью каждого амортизатора; настройка жесткости подвески под определённый режим, выбираемый водителем; отображение текущего режима; изменение характеристик подвески в зависимости от скорости движения. При этом сама система должна обеспечивать управление подвеской в широком диапазоне скоростей и быть как можно проще, что положительно скажется на её стоимости, надежности и ремонтопригодности.
Развитие упруго-демпферных систем автомобиля началось с самого появления автомобиля, а исследования в этой области ведутся и по сей день [3], [4]. Сегодня автопроизводители всё чаще прибегают к замене классической пассивной подвески на регулируемую или, в отдельных случаях, на активную подвеску. Последняя позволяет изменять характеристики жесткости непосредственно во время движении автомобиля, что значительно улучшает комфорт и безопасность при вождении, а также, при правильном использовании и настройке, значительно снижает нагрузки на раму автомобиля и элементы самой подвески, что впоследствии приводит к увеличению срока её безотказной работы .
На данный момент существует множество систем адаптивной подвески от известных автопроизводителей, которыми они оснащают свои автомобили (DCC от компании Volkswagen, ADS от компании Mercedes-Benz, AVS от компании Toyota, Magnetic Ride от компании Audi и др.). Все эти системы применяются исключительно в автомобилях премиум сегмента, что обусловлено высокой стоимостью данных систем. Однако, потребность в подобных системах есть и для автомобилей низко - и средне-ценовой категорий. Также нужно отметить, что в открытой печати отсутствует подробная информация о таких системах, из -за чего крайне трудно найти их техническое описание. В связи с этим, разработка аналогичной, однако более
доступной или же эффективной системы адаптивной подвески является на сегодняшний день актуальной задачей.
Целью работы является разработка автоматизированной системы управления жесткостью подвески автомобиля.
Для достижения поставленной цели необходимо будет решить ряд задач, а именно:
- провести литературно-патентный обзор;
- разработать структурную схему системы;
- разработать алгоритм работы системы;
- выбрать элементную базу;
- разработать принципиальную электрическую схему;
- разработать программу для управляющего устройства;
- произвести моделирование системы.
Разрабатываемая автоматизированная система должна будет обеспечивать все основные функции аналогичных систем: уменьшение крена корпуса автомобиля при разгоне - торможении или же повороте влево - вправо; снижение шума и вибраций, передающихся в салон автомобиля при езде путём независимого управления жесткостью каждого амортизатора; настройка жесткости подвески под определённый режим, выбираемый водителем; отображение текущего режима; изменение характеристик подвески в зависимости от скорости движения. При этом сама система должна обеспечивать управление подвеской в широком диапазоне скоростей и быть как можно проще, что положительно скажется на её стоимости, надежности и ремонтопригодности.
В результате данной выпускной квалификационной работы была подготовлена вся теоретическая база, необходимая для конструирования автоматизированной системы управления жесткостью подвески автомобиля. Также была создана и успешно скомпилирована программа для контроллера. Помимо этого было проведено моделирование системы в программном пакете Amesim, которое позволило подобрать необходимые коэффициенты для управляющего алгоритма и доказало эффективность разработанной адаптивной системы при всех режимах её работы по сравнению с пассивной подвесной системой. Под эффективностью понимается повышение комфорта и безопасности во время движения автомобиля. Ещё одним важным моментом стало снижение нагрузок, которым подвергаются элементы подвески при использовании разработанной системы. Так, по данным графиков, продемонстрированных в третьей серии экспериментов, пиковые ускорения подрессоренной массы снизились на 15-17%, при этом сами графики становятся более гладкими, что говорит также о снижении ударных нагрузок.
Результаты данной работы могут быть в дальнейшем использованы для построения разработанной автоматизированной системы управления жесткостью подвески автомобиля, и её установки на транспортное средство. Стоимость данной системы при этом будет аналогична стоимости подобных готовых систем в связи с использованием аналогичной элементной базы, однако, за счёт использования лазерных дальномеров, отсутствующих в других системах, предполагается увеличение эффективности работы системы при больших скоростях движения автомобиля.
В дальнейшем планируется разработка более подробной модели системы, которая будет описывать весь автомобиль в целом и позволит подбирать конкретные параметры и коэффициенты системы управления для конкретного автомобиля.
Результаты данной работы могут быть в дальнейшем использованы для построения разработанной автоматизированной системы управления жесткостью подвески автомобиля, и её установки на транспортное средство. Стоимость данной системы при этом будет аналогична стоимости подобных готовых систем в связи с использованием аналогичной элементной базы, однако, за счёт использования лазерных дальномеров, отсутствующих в других системах, предполагается увеличение эффективности работы системы при больших скоростях движения автомобиля.
В дальнейшем планируется разработка более подробной модели системы, которая будет описывать весь автомобиль в целом и позволит подбирать конкретные параметры и коэффициенты системы управления для конкретного автомобиля.
Подобные работы
- Автоматизированная система определения качества дорожного покрытия
Дипломные работы, ВКР, информатика. Язык работы: Русский. Цена: 4750 р. Год сдачи: 2017 - Повышение эксплуатационной надежности подвески перспективных
автомобилей КАМАЗ за счет совершенствования конструкции на этапе
проектирования
Магистерская диссертация, автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2019