Moderní systémy voidel by wire Zpracoval: Pavel BRABEC, Pracoviště: KVM inovovaná vere - 2011 Tento materiál vnikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním ropočtem ČR.
In-TECH 2, onačuje společný projekt Technické univerity v Liberci a jejích partnerů - Škoda Auto a.s. a Denso Manufacturing Cech s.r.o. Cílem projektu, který je v rámci Operačního programu Vdělávání pro konkurenceschopnost (OP VK) financován prostřednictvím MŠMT Evropského sociálního fondu (ESF) a e státního ropočtu ČR, je inovace studijního programu ve smyslu progresivních metod říení inovačního procesu se aměřením na rovoj tvůrčího potenciálu studentů. Tento projekt je nutné realiovat ejména proto, že na trhu docháí ke rychlování inovačního cyklu a kvalitnění jeho výstupů. ČR nemůže na tyto měny reagovat be osvojení nejnovějších inženýrských metod v oblasti inovativního a kreativního konstrukčního řešení strojírenských výrobků. Majoritní cílovou skupinou jsou studenti oborů Inovační inženýrství a Konstrukce strojů a aříení. Cíle budou dosaženy inovací VŠ přednášek a seminářů, vytvořením nových učebních pomůcek a realiací studentských projektů podporovaných experty partnerských průmyslových podniků. Délka projektu: 1.6.2009 31.5. 2012
Systémy aktivní bepečnosti voidel - obecně Elektronika v moderních automobilech neřídí jen činnost motoru, ale výnamně se podílí i na činnosti brd a podvoku. Zaříení se dokáže starat o co nejlepší využití přilnavosti kol k voovce, a tím ejména v kritických situacích o lepšení jídních vlastností a ovladatelnosti vou. Podle funkcí je můžeme rodělit do tří ákladních skupin: protiblokovací brdové systémy (ABS), protiskluové systémy, abraňující nežádoucímu protáčení kol při akceleraci (EDS či ASR, někdy onačované TC nebo TCS, apod.), systémy ovlivňující jídní stabilitu (ESP), moderní budoucí systémy.
Moderní systémy By - Wire Dalším stupněm vývoje řídících mechanismů by v blíké budoucnosti mohly být tv. systémy By-Wire. Jednoduše by tento termín mohl být přeložen jako říení po drátě. Tyto systémy se již běžně používá v letecké technice a u růných prototypů voidel. O jaké systémy by mohlo jít: - Brake By Wire, - Steer By Wire, - Turbo By Wire - Clutch By Wire -
Brake By Wire video
Steer By Wire Steer By Wire - není použita pevná vaba mei ovládacím členem (volantem) a řídící tyčí kola Conventional steering system Steer-by-wire system
Steer By Wire Steer By Wire Tento systém se již běžně používá v letecké technice a u růných prototypů voidel, kde k jeho sériovému nasaení atím brání legislativa. Důkaem aktuálnosti tohoto problému je velké množství nových moderních voidel, které automobilky preentují na výnamných autosalonech. Velice vhodnou se nabíí kombinace systému steer-by-wire se systémy ESP. Uvolnění tuhého spojení předních kol automobilu by mohlo vytvořit podmínky pro optimaliaci kinematických vaeb a tím potom dokonalit systém směrového říení.
Steer By Wire Zdroj: GM Hy-wire Zdroj: Citroën C-Crosser
Bertone- SKF Filo - drive by wire Guida - driver's control (elektromechanická pohonná jednotka) se skládá : - brake-by-wire calliper - steering actuator - clutch actuator. Steer By Wire
Steer by wire firma ZF Steer By Wire
Steer By Wire
Steer By Wire
Steer By Wire Steer By Wire Jelikož sériovému nasaení atím brání legislativa (přerušení vaby mei volantem a řídící tyčí) byly atím v praxi použity jen tyto dva systémy: dynamické aktivní říení systém 4WS (Four-Wheel-Steering).
Dynamické aktivní říení Dynamické aktivní říení tento systém sériově používá např. BMW, Audi, Honda má přerušenou tyč říení a do tohoto místa vsaen planetový převod, který je apojen jako diferenciál s dvěma vstupy (volant, elektromotor) a jedním výstupem k vlastnímu říení. tato koncepce splňuje ákonnou podmínku pevné mechanické vaby volantkola a ároveň umožňuje měnit převodový poměr říení a tím vlastní natočení kol od natočení volantu v podstatě le s tímto systémem natočit kola aniž by se volant pohnul a naopak, tato vlastnost se používá jednak pro výšení komfortu, ale hlavně pro výšení stability v meních situacích jako doplněk k ESP.
Dynamické aktivní říení konstrukční uspořádání převodovky aktivního říení Audi BMW
Dynamické aktivní říení průběh převodového poměru v ávislosti na rychlosti a nastavení Audi BMW
Dynamické aktivní říení obr. vyhýbací manévr s ESP a aktivním říením obr.: brdění na části ledovatělé voovce, ESP + aktivní říení
Systém 4WS - princip Obr: Způsoby říení adních kol a) nesouhlasné říení, pro pohyb velmi níkou rychlostí, pomoc při parkování (přibližně do 40 km/h); b) konvenční říení, kola adní nápravy se nevychylují; c) souhlasné říení, pro výšení stability při rychlé jídě.
Systém 4WS - princip Z obráku je řejmé, že natáčení adních kol může mít přínivý vliv na stabilitu pohybu voidla. Obr: Porovnání vyhýbajícího manévru u voidla 2WS a 4WS (lepšení stability při jídě vysokou rychlostí) - Zdroj: Mada
4WS (Four Wheel Steering System) Zdroj: NISSAN Infiniti G37 Zdroj: DELPHI QUADRASTEER (fa GM)
Systém 4WS - princip Nejčastěji se aplikují tři systémy pro ovládání adních kol: mechanický systém (např. Honda 4WS) elektrohydraulický systém (např. Mada 626, BMW, Nissan, Mitsubishi Sigma) elektromechanický systém (např. Honda E-4WS, Delphi Quadrasteer, Continental, Renault)
MECHANICKÝ SYSTÉM - HONDA PRELUDE (HONDA 4WS)
ELEKTRONICKY ŘÍZENÝ HYDRAULICKÝ SYSTÉM - MAZDA 626
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - DELPHI QUADRASTEER (fa GM)
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - DELPHI QUADRASTEER (fa GM) Obr.: Schématické náornění elektricky ovládané hřebenové převodky a celé řiditelné tuhé adní nápravy. (Skládá se e čtyř hlavních komponentů: čidla úhlů natočení předních kol, řiditelná tuhá adní náprava s hypoidním stálým převodem, elektromotor a hlavní řídící jednotka.)
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - DELPHI QUADRASTEER (fa GM)
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - GCC (Global Chassis Control) fa Continental Global Chassis Control (GCC) targets, in the case of a given configuration of electronically controlled chassis-subsystems (ESC, CDC, EAS, EPS, AFS, 4WS, ARS,...) under respective given driving conditions the global optimiation of active safety driving comfort driving pleasure/fun ESC - Electronic Stability Control ARP - Active Rollover Protection CDC - Continuous Damping Control EAS - Electronic Air Suspension EPS - Electric Power Steering AFS - Active Front Steering 4WS - 4-Wheel Steering ARS - Active Roll Stabiliation RWS - Rear wheel steering
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - GCC (Global Chassis Control) fa Continental
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - GCC (Global Chassis Control) fa Continental
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - HONDA E-4WS
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - HONDA E-4WS
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - Renault Laguna GT
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - Renault Laguna GT
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM - Renault Laguna GT video
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM NISSAN Infiniti G37 (Renault Laguna GT) 4 Wheel Active Steer (4WAS)
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM BMW řady 5 Nové BMW řady 5 (7) 26. 11. 2009 Osmistupňová převodovka, elektromechanické říení, říení všech kol, systém nočního vidění s roponáváním chodců, parkovací asistent, prostorové vidění při parkování... To jsou jen malé ochutnávky šesté generace pětkové řady.
ELEKTROMECHANICKÝ SYSTÉM BMW řady 5 Nové BMW řady 5 (7) 26. 11. 2009 Osmistupňová převodovka, elektromechanické říení, říení všech kol, systém nočního vidění s roponáváním chodců, parkovací asistent, prostorové vidění při parkování... To jsou jen malé ochutnávky šesté generace pětkové řady. video www
4WS - Princip činnosti řídicího sytému Vstupní data od sníma mače e rychlosti voidla Snímání rotační rychlosti a příčného rychlení vou, otáčen ení volantu Vstupní veličiny iny Výpočet rychlosti voidla Výpočet rychlosti natočen ení volantu (kol) Výpočet úhlu hlu natočen ení adních ch kol feedback Výpočet řídící veličiny iny pro ovláda dač Sníma mač říení adních kol Silový obvod Ovláda dač říení adních kol Řídící jednotka Poruchové veličiny iny
Simulační model automobilu s říením adních kol úkol: simulace průjedu atáčkou, a to pro model osobního automobilu se všemi říenými koly a to simulace na jednostopém a dvoustopém modelu popis: Zavedením aktivně říených kol adní nápravy jsou sledovány dva cíle. Jednak lepšení obratnosti při pomalé jídě, ale také lepšení stability při jídě vysokou rychlostí. Matematický popis obecného pohybu voidla představuje velmi složitý úkol. Pro simulaci se využívá modelů, které jsou vhodně jednodušeny.
Simulační model automobilu s říením adních kol 1. Lineární jednostopý model voidla se všemi říenými koly J p v ( T v v Ov N Hp Sp H S m v m v ( e lp l
Simulační model automobilu s říením adních kol Nyní můžeme napsat podle předchoího obráku tři pohybové rovnice: ve směru osy X - m v cos + m v ( + ) sin - S - OV = 0 P sin P - S Z sin Z + H P cos P + H Z cos Z ve směru osy Y - m v sin - m v ( + ) cos + SP cos P + SZ cos Z + HP sin P + HZ sin Z + N = 0 rovnováha momentů kolem osy Z - J Z + SP lp cos P - SZ lz cos Z + HP lp sin P + HZ lz sin Z + N e = 0
Simulační model automobilu s říením adních kol
Simulační model automobilu s říením adních kol P okamžitý pól otáčení p p vp lp / v lp v v v l / v T v l lp l Obr.: Kinematika jednostopého modelu pro určení směrových úchylek náprav
Simulační model automobilu s říením adních kol Boční síly na nápravách se rovnají S P C P p, S Z C Z, kde C P je směrová tuhost obou pneumatik přední nápravy (tj. součet směrové tuhosti levé a pravé pneumatiky) a podobně C Z je směrová tuhost pneumatik adní nápravy. Úhel směrové úchylky kola byl definován jako úhel mei podélnou a rovinou kola a směrem pohybu kola, takže pro malé úhly platí p lp = - - + P v lz = - + v Z.
Simulační model automobilu s říením adních kol Upraven Upravené rovnice pro simulaci rovnice pro simulaci Vybočení je určeno hodnotami úhlu. Stáčení voidla je určeno úhlem. Soustava je buena budicí funkcí (měnou úhlu natočení volantu): V (t). v J l C J l C - J l - C l C - v J l C l C = - v v m C + v m C + v m + C C - v m l - C l C 1+ = - Z Z Z Z P p Z Z Z P p 2 Z + 2 P p p Z p 2 Z P p ř ř i i
Simulační model automobilu s říením adních kol Určení polohy voidla vhledem k pevnému systému : x y o o = = t 0 t 0 v v T T sin cos + dt, + dt. Boční rychlení (pro konstantní rychlost jídy): y = v +.
Simulační model automobilu s říením adních kol 2. Lineární dvoustopý model automobilu se všemi říenými koly
Simulační model automobilu s říením adních kol Rovnice pro dvoustopý model automobilu: rovnováha sil ve směru osy Y rovnováha momentů kolem osy Z rovnováha momentů kolem osy X rovnováha momentů vhledem k osám rejdových čepů (přední náprava) rovnováha momentů vhledem k osám rejdových čepů (adní náprava) 0 S S S S h m v m - p p 0 M S n l S n l S n l S - n l J - GZ p p p p p p 0 M S h S h S h S h h G - C K - J - GX p p 0 M 2 S n n - S n n - - - K - i - - C - J GZp p p kp p p kp p řp řp v p řp p o p p 0 M 2 S n n - S n n - - - K - i - - C - J GZ k k ř ř v ř o boční síla od směrové úchylky na přední nápravě boční síla od směrové úchylky na adní nápravě p p p sp p p C S C v C S s C S C v C S
Simulační model automobilu s říením adních kol Tyto všechny rovnice je možno shrnout do sedmi rovnic s proměnnými: úhel směrové úchylky stáčivá rychlost úhel klopení boční síla od směrové úchylky na přední nápravě S p boční síla od směrové úchylky na adní nápravě S p úhel natočení předních kol P úhel natočení adních kol Z Neávisle proměnnou a budící funkcí voidlového systému je úhel natočení volantu V. Po dosaení le diferenciální pohybové rovnice dvoustopého modelu voidla upravit na tvar: V 7 V p p p 6 p 5 p p 4 p p p 3 p 2 p p 1,,, S, S,,, f,,, S, S,,, f, S,, f S, S,, f S,, S, S,,,, f S, S,,, f,, S, S,,,, f
Porovnání výsledků: Simulační model automobilu s říením adních kol Soustavy byly bueny funkcemi P = P (t), Z = Z (t), které měly průběh jedné periody sinusoidy a trvaly přibližně 2 sekundy. 4 0.4 3 0.3 2 0.2 beta p [stupne] 1 0-1 beta [stupne] 0.1 0-0.1-2 -0.2-3 -0.3-4 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] -0.4 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] Zatočení předních kol P Zatočení adních kol Z
Simulační model automobilu s říením adních kol Odchylka směru voidla alfa [stupne] 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2.5 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] alfa [stupne] 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2.5 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] Jednostopý model Dvoustopý model
Simulační model automobilu s říením adních kol Úhel stáčení voidla 8 7 7 6 6 5 5 eps [stupne] 4 3 2 eps [stupne] 4 3 2 1 0 1-1 0-2 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] -1 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] Jednostopý model Dvoustopý model
Simulační model automobilu s říením adních kol Příčné (boční) rychlení y y'' [m/sec 2 ] 6 4 2 0-2 -4-6 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] y'' [m/s 2 ] 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] Jednostopý model Dvoustopý model
Simulační model automobilu s říením adních kol Vybočení se směru (odchylka dráhy) y 3 3 2.5 2.5 2 2 1.5 1.5 y [m] 1 y [m] 1 0.5 0.5 0 0-0.5 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] -0.5 0 1 2 3 4 5 6 t [sec] Jednostopý model Dvoustopý model
Simulační model automobilu s říením adních kol Vyhodnocení výsledků simulace: Z výše uvedených grafů je řejmé, že výsledné průběhy jsou téměř shodné. Velikosti odchylek hodnot jsou působeny tím, že u dvoustopého modelu byly uvažovány tuhosti říení a samoříení vlivem klopení karoserie. Z odvoených rovnic je řejmé, že jednostopý model je podstatně jednodušší pro modelování. Bylo de provedeno více jednodušení, přesto bylo dosaženo velmi dobrých výsledků, které mohou být důležité pro návrh a konstrukci řídicího systému. Z dvoustopého modelu le ískat navíc údaj o klopení karoserie. Je třeba ovšem adat více vstupních parametrů, které nele často dobře jistit.
ŘÍZENÍ ZADNÍCH KOL S KOMPENZACÍ ÚHLU SMĚROVÉ ÚCHYLKY TĚŽIŠTĚ Bylo využito jednostopého simulačního modelu. Kritériem kompenace úhlu směrové úchylky těžiště je jeho nulová hodnota, resp. nulová hodnota jeho první derivace ( = = 0, a pro ustálený pohyb = konst., tn. = 0 ). Po dosaení těchto podmínek do dvou lineárních pohybových rovnic le odvodit teoretickou ávislost pro potřebný úhel natočení adních kol.
ŘÍZENÍ ZADNÍCH KOL S KOMPENZACÍ ÚHLU SMĚROVÉ ÚCHYLKY TĚŽIŠTĚ 4 3,5 Z [ ] 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 200 160 120 v [km/h] 80 40 0 0 1 2 5 4 3 P [ ] 3,5-4 3-3,5 2,5-3 2-2,5 1,5-2 1-1,5 0,5-1 0-0,5
ŘÍZENÍ ZADNÍCH KOL S KOMPENZACÍ ÚHLU SMĚROVÉ ÚCHYLKY TĚŽIŠTĚ Charakteristika pro říení adních kol omeená boční stabilitou 0,8 4 3,5 mení oblast boční stability 3 3,5-4 Z [ ] 2,5 2 náročná oblast 3-3,5 2,5-3 2-2,5 1,5 1 0,5 0 200 160 120 v [km/h] normální oblast boční stability 80 40 0 0 1 2 5 4 3 P [ ] 1,5-2 1-1,5 0,5-1 0-0,5
ŘÍZENÍ ZADNÍCH KOL S KOMPENZACÍ ÚHLU SMĚROVÉ ÚCHYLKY TĚŽIŠTĚ Vstupní data simulačního modelu: betapst=2 úhel atočení předních kol (stupně) betast úhel atočení adních kol (stupně) - se počítá říení adních kol s kompenací úhlu směrové úchylky těžiště v=100 rychlost voidla (km/h) m=1400 celková hmotnost voidla (kg) Cap=45000 stáčivá tuhost obou předních pneumatik (N/rad) Ca=45000 stáčivá tuhost obou adních pneumatik (N/rad) lp=1.107 vdálenost přední nápravy od těžiště (m) l=1.413 vdálenost adní nápravy od těžiště (m) J=1670 moment setrvačnosti voidla k svislé ose (kg/m2)
ŘÍZENÍ ZADNÍCH KOL S KOMPENZACÍ ÚHLU SMĚROVÉ ÚCHYLKY TĚŽIŠTĚ video
ŘÍZENÍ ZADNÍCH KOL S KOMPENZACÍ ÚHLU SMĚROVÉ ÚCHYLKY TĚŽIŠTĚ Porovnání 2WS a 4WS pro stejnou dráhu alfa y [stupne] [m] beta eps y'' p [stupne] [m/s 2 ] 2.5 64 2 3 24 1.5 2 1 1.52 1 0.5 1 0-0.5-1 0.5-2 -1-2 -1.5-4 0-3 -2 2WS 4WS -0.5-2.5-6 -4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t [sec]
Simulační model automobilu s říením adních kol 3 2. 5 2 1. 5 y [m] 1 0. 5 0 4 W S 2 W S -0. 5 0 1 2 3 4 5 6 t [ s e c ] Obr.: Simulace vyhýbajícího manévru u voidla 2WS a 4WS s říením adních kol s kompenací úhlu směrové úchylky těžiště
4WS (Four Wheel Steering System) Production cars with active four wheel steering BMW 850CSi (optional) BMW 7-Series (2009 onwards, part of sport package) Chevrolet Silverado (2002-2006) (high and low speed) Efini MS-9 (high and low speed) GMC Sierra (2002) (high and low speed) Honda Prelude (high and low speed, fully mechanical from 1987 to 1991) Honda Prelude (high and low speed, fully electronic from 1991 to 2001) Honda Accord (1991) (high and low speed, mechanical) Infiniti FX50 AWD (option on Sports package) (2008-Present) (high and low speed, fully electronic) Infiniti G35 Sedan (option on Sport models) (2007-Present) (high speed only?) Infiniti G35 Coupe (option on Sport models) (2006-Present) (high speed only) [3] Infiniti G37 Infiniti J30t (touring package) (1993-1994) Infiniti M35 (option on Sport models) (2006-Present) (high speed only?) Infiniti M45 (option on Sport models) (2006-Present) (high speed only?) Infiniti Q45t (1989-1994) (high speed only?) Mada 929 (1992-1997)(computerised, high and low speed) (all models) Mada 626 (1988) (high and low speed) Mada MX-6 (1989-1997) (high and low speed) Mada RX-7 (optional, computeried, high and low speed) Mada Eunos 800 (1996-2003) (Optional, computeried, high and low speed) Mitsubishi Galant/Sigma (high speed only) Mitsubishi GTO (also sold as the Mitsubishi 3000GT and the Dodge Stealth) (Mechanical) (high speed only) Nissan Cefiro (A31) (high speed only) Nissan 240SX/Silvia (option on SE models) (high speed only) Nissan 300ZX (all Twin-Turbo Z32 models) (high speed only) Nissan Laurel (later versions) (high speed only) Nissan Fuga/Infiniti M (high speed only) Nissan Silvia (option on all S13 models) (high speed only) Nissan Skyline GTS, GTS-R, GTS-X (1986) (high speed only) Nissan Skyline GT-R (high and low speed) Renault Laguna (only in GT version of 3rd generation which was launched October 2007, GT launched on April 2008) Subaru SVX JDM (1991-1996) (Japanese version: "L-CDX" only) (high speed only) Toyota Aristo (1997) (high and low speed?) Toyota Camry JDM 1990-1992 Camry Prominent (Optional)(high and low speed)[citation needed] Toyota Celica (option on 5th and 6th generation, 1990-1993 ST183 and 1994-1997 ST203) (Dual-mode, high and low speed) Toyota Soarer (UZZ32) (Zdroj: http://cs.wikipedia.org)
Steer By Wire TUL KVM Steer By Wire Na našem pracovišti vniklo experimentální laboratorní stanoviště pro měření a optimaliaci elektrohydraulického systému steer-by-wire. Zkušební aříení je navrženo: pro koušení systému při nulové rychlosti situace při parkování, umožní rychlé připůsobení stanoviště pro použití růných náprav automobilů a pneumatik, umožní simulaci chování systému pro růné typy povrchů s rodílným součinitelem adhee, umožní vytvářet měnu atížení nápravy např. v ávislosti na obsaení vou. Cíl do budoucna: stanoviště s elektromechanickým systémem použití v automobilu
Steer By Wire TUL KVM Obr.: Prototypové voidlo P1 Stanfordské univerity podporované firmou Nissan. Obr.: Evpropská unie podpořila v letech 2004 2007 projekt 26 firem s návem SPARC vedený společností DaimlerChrysler AG.
Steer By Wire TUL KVM Obr.: Laboratorní model (speciální kušební aříení v laboratoři katedry voidel a motorů) k ovládání každého kol je užito mechanismu s lineárními hydromotury. Pro říení a sběr dat byla použita multifunkční karta MF624 a software Matlab/Simulink a rovněž i měřicí ústředna MGCplus (Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH), software catman Easy.
Steer By Wire TUL KVM Steer By Wire Nejprve bylo nutné navrhnout potřebný výkon systému, tn. identifikovat možné silové atížení mechanismu říení. Bylo nutné provést měření: a) síly vnikající při parkování převažuje odporová síla vnikající při smýkání pneumatiky po voovce b) síly vniklé při jídě převažují dynamické síly dané rychlou měnou a boční síly vniklé při průjedu atáčkou
Steer By Wire TUL KVM a) síly vnikající při parkování převažuje odporová síla vnikající při smýkání pneumatiky po voovce
Steer By Wire TUL KVM b) síly vniklé při jídě převažují dynamické síly dané rychlou měnou a boční síly vniklé při průjedu atáčkou - tv. losí test
Steer By Wire TUL KVM b) síly vniklé při jídě převažují dynamické síly dané rychlou měnou a boční síly vniklé při průjedu atáčkou - tv. losí test video
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Popis simulačního modelu Voidlo se systémem steer-by-wire na přední nápravě Tento simulační model se skládal dalších vlášť simulovaných dílčích subsystémů. Schématický popis celého systému je náorněn na následujícím obráku. 1 3 2 4 Obr. Model s jednotlivými submodely: 1. model buení (velikost napěťového signálu v %), 2. model hydraulického obvodu, 3.model mechanismu říení kol (výchylka atočení kol přední nápravy určená vysunutí pístnice říení), 4. model voidla (simulace jídy voidla - určení trajektorie jídy a dynamických sil působící na automobil).
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Hydraulický obvod Tento simulační model se skládal dalších vlášť simulovaných dílčích subsystémů. Schématický popis celého systému je náorněn na následujícím obráku. Obr.:Ilustrativní obráek hydraulického obvodu. Obr.: Simulovaný elektrohydraulický systém říení voidla steer-by-wire.
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Hydraulický obvod Tento simulační model se skládal dalších vlášť simulovaných dílčích podsystémů (ventil pro plynulou regulaci průtoku, přímočarý hydromotor). Proporcionální ventil nám astupoval akční člen, do kterého bylo přiváděno vstupní buení (tj. velikost napěťového signálu na ovládacím ventilu tento signál odpovídá úhlu natočení volantu). Všechny prvky modelu musely být přesně popsány pomocí matematických rovnic, a ty všechny byly poději ručně namodelovány.
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Hydraulický obvod - Ventil Dynamické vlastnosti ventilu le modelovat pomocí proporcionálního členu se setrvačností 2.řádu popsaného diferenciální rovnicí. Průtoková charakteristika ventilu je modelována v ávislosti na aktuálních tlakových spádech na jednotlivých řídicích hranách ventilu. Lineární část modelu je vhodné doplnit o typické nelinearity vyskytující se u servoventilu, tj. omeení maximálního dvihu šoupátka a maximální rychlosti otevření servoventilu, kterou le stanovit přechodové charakteristiky uváděné výrobcem pro úplné otevřený ventil, tyto parametry modelu le stanovit katalogových listů uváděných výrobci ventilů. 2 T1 x v 2 T1 x v xv Ksv u Qi B x v sgn pi pi Obr.: Simulační schéma modelu proporcionálního ventilu.
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Hydraulický obvod - Hydromotor Matematický model přímočarého hydromotoru vycháí pohybové rovnice a rovnic pro tlaky v pracovních prostorech hydromotoru, ve kterých jsou hydraulické kapacity, model objemové pružnosti kapaliny a průtok vlivem prosaků (vnitřní a vnější svodová propustnost) tn. máme tři diferenciální rovnice. y = dp dt dp dt A B 1 m S A p A - S B p B - F - b y K = QA - Cip pa - pb- Cep pa - SA v V K = S B v - Cip pa - pb- Cep pb - QB VB A
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Mechanismus říení kol Subsystém obsahuje odvoenou kompletní kinematiku jednodušeného řídícího mechanismu kol přední nápravy a přepočítává hodnotu vysunutí pístní tyče u hydromotoru na úhel atočení předních kol. Obr.: Schéma mechanismu říení kol přední nápravy. A l 2 b l x - l l arcsin - b x - l arctg 4 2 2 4 2 1 2 3 1 2 1 2 x - l b A
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Model voidla Tento subsystém byl použit pro simulaci jídy voidla v atáčce, resp. obecně po akřivené trajektorii. K vyřešení řiditelnosti a stability automobilu se s výhodou používá jednostopý rovinný dynamický model automobilu, který je vhodný svou jednoduchostí ale ároveň i přesností. Vstupem do modelu voidla byl úhel atočení předních kol. Lineariací a úpravou rovnic obdržíme pro obecný pohyb voidla soustavu dvou lineárních diferenciálních rovnic druhého řádu.
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace Tento model le použít pro matematickou simulaci složitého dynamického systému. Pro ilustrativní případ bylo voleno skokové buení systému pomocí vstupního napěťového signálu na proporcionální ventil. Výsledky simulace jsou obraeny na následujících obrácích U modelu le aplikovat růné typy buení, které nahraují reálné situace vnikající při jídě na silnicích, jako je například buení bočním větrem. Na následujících grafech je ukáka reakce systému na skokovou měnu.
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace Budici signal u [%] 20 15 10 5 0 Tlaky v hydromotoru p [MPa] 10 8 6 4 2 0 Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] 100-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] 90 80 70 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] -2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec]
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace 1 Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] Budici signal u [%] 100-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] 90 80 70 20 15 10 5 0 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Prutoky u hydromotoru [litr / min] 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec]
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace 6 Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] Budici signal u [%] 100-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] 90 80 70 20 15 10 5 0 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Uhel atoceni prednich kol [ ] 5 4 3 2 1 0-1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec]
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] Ukáka výsledků simulace Budici signal u [%] 100-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] 90 80 70 20 15 10 5 0 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Staciva rychlost voidla [rad/sec] 0.015 0.01 0.005 0-0.005-0.01-0.015 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec]
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace Budici signal u [%] 20 15 10 5 0 Bocni rychleni [m/s2] 8 6 4 2 0-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] 100 90 80 70 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec]
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace 800 Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] Budici signal u [%] 100-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] 90 80 70 20 15 10 5 0 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Sila na pistnici [N] 600 400 200 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec]
Steer By Wire TUL KVM Simulační model Ukáka výsledků simulace 20 15 Budici signal u [%] 10 5 0-5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Vysunuti pistnice hydromotoru y [mm] 100 90 80 70 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time [sec] Trajektorie voidla
Na ávěr aktuální odkay Auto, které jedí be řidiče, vládlo první test. Jídu městem (8. října 2010) lidovky.c www Revoluce! Po ulicích už jedí auta be řidičů... (10.10. 19:30) tn.c - www Google chystá auto, které nepotřebuje řidiče. Nyní jedí v USA (11. října 2010) technet.idnes.c www Čtveřice aut be řidičů dojela Itálie do Šanghaje (5. listopadu 2010) novinky.c - www
Na ávěr vícenapěťový systém voidla Moderní automobil bude používat vat více v ce elektrických aktivních systémů (by wire, pohony pomocí elektromotorů posilovač říení, čerpadlo chladícího ho systému, mu, kompresor klimatiace, ),), které budou potřebovat většív ší výkony. Proto se uvažuje uje o použit ití víceúrovňových ových napěť ěťových systémů.
Na ávěr vícenapěťový systém voidla
Na ávěr vícenapěťový systém voidla ISAD Integrated Starter Alternator Damper video
Na ávěr vícenapěťový systém voidla ISAD Integrated Starter Alternator Damper ISAD funkce a užití: Motor rychlejší a klidnější start motoru automatický start a stop aříení funkce setrvačníku tlumič nepravidelného běhu a kmitání motoru synchroniace spínání alternátor vysoký výkon Multivoltage technologie regenerační brdění elektrifikace růných doplňků Výhody: vysoká účinnost (> 80%) vysoký výkon generátoru (8 kw a více) podporuje vícenapěťový elektrický systém menšení nepravidelného běhu a kmitání motoru další elektromotorický kroutivý moment (pomoc při rojedu) start motoru - tichý, odolný proti opotřebení níké tráty a minimální vnitřní odpor
Děkuji a poornost.