APLIKACJA METODY BADAŃ WŁASNOŚCI DYNAMICZNYCH ZAWIESZEŃ POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH O DMC POWYŻEJ 3,5 TONY W PROGRAMIE LABVIEW

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 015 Sera: TRANSPORT z. 86 Nr kol. 196 Jan WARCZEK, Kaml BRONCEL APLIKACJA METODY BADAŃ WŁASNOŚCI DYNAMICZNYCH ZAWIESZEŃ POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH O DMC POWYŻEJ 3,5 TONY W PROGRAMIE LABVIEW Streszczene. W artykule przedstawono wynk badań symulacyjnych, których celem była waldacja metody wyznaczana charakterystyk tłumena zaweszena pojazdu samochodowego. Opracowana metoda została wykorzystana do wykonana programu w środowsku LabVew. W badanach wykorzystano wynk symulacj przeprowadzonych na ćwartkowym modelu zaweszena pojazdu użytkowego. Docelowo przedstawona metoda oraz jej wersja użytkowa, w postac programu dzałającego na platforme systemu Wndows, mają znaleźć zastosowane w dagnostyce samochodów o dopuszczalnej mase całkowtej powyżej 3,5 tony. Słowa kluczowe: Dagnostyka samochodów, charakterystyk tłumena, zaweszene pojazdu, LabVew THE APPLICATION OF DETERMINATION METHOD OF DYNAMIC PROPERTIES OF TRACK SUSPENSION IN LABVIEW Summary. The artcle presents the results of smulaton tests, whch am was to valdate the method of determnng the dampng characterstcs of the suspenson vehcle. The developed method was used for the mplementaton of the program n LabVew envronment. The study used the results of smulatons carred out on the DOF model of a truck suspenson. Ultmately, the presented method and ts verson n use as a program runnng on the Wndows platform s to be appled n the dagnoss of vehcles wth a maxmum permssble weght of over 3.5 tonnes. Keywords: Dagnoss of vehcles, dampng characterstcs, suspenson vehcle, LabVew 1. WPROWADZENIE W oddzaływanach dynamcznych pomędzy kabną pojazdu samochodowego a nawerzchną drog berze udzał wele elementów konstrukcyjnych. Zespół zaweszena jest odpowedzalny za mnmalzację skutków poruszana sę pojazdu po nerównoścach nawerzchn drog, przy jednoczesnym zapewnenu kontaktu kół jezdnych z nawerzchną.

2 118 J. Warczek, K. Broncel Te zadana zaweszena decydują o bezpeczeństwe jazdy komforce podróży. W czase eksploatacj następuje stopnowa degradacja elementów składowych zaweszena, czego rezultatem jest pogorszene ch stanu techncznego. Zmany stanu techncznego elementów zaweszeń są możlwe do rozpoznana przy wykorzystanu metod dagnostycznych. Jednak dokładna ocena stanu zaweszena jest trudna do wykonana ponadto obecne stosowane metody dotyczą wyłączne samochodów o DMC neprzekraczającej 3,5 tony [1,3]. Wymagają przy tym rozbudowanych drogch stanowsk dagnostycznych. Proponowana w nnejszym artykule procedura oceny stanu techncznego zaweszeń zamplementowana w środowsku LabVew może stanowć alternatywę dla obecne stosowanych metod. LabVew (Laboratory Vrtual Instrumentaton Engneerng Workbench) jest środowskem programowana grafcznego, tzw. języka G. W tym środowsku wpsywane lnjek kodu zastąpono dodawanem symbol grafcznych połączonych przewodam sygnałowym. Środowsko LabVew zawera wele gotowych komponentów składowych kodu, które łatwo pobrać z odpowednego menu dodać do tworzonego programu []. Bardzo dużą zaletą jest możlwość bezpośrednego wprowadzana danych przez kartę pomarową dalszą ch analzę przez program. Gotowy program w łatwy sposób można komplować do postac plku wykonywalnego z rozszerzenem.exe, co pozwala tworzyć nezależne aplkacje. Dzęk temu można wykonać aplkacje, dzałające na każdym urządzenu wykorzystującym platformę Wndows.. OPIS METODY BADAŃ W analze dynamk układów mechancznych często wykorzystuje sę uproszczone modele oblczenowe. W przypadku zaweszeń pojazdów samochodowych dobre odwzorowane zachowana sę obektu rzeczywstego jest możlwe do osągnęca przy wykorzystanu modelu dwumasowego [4]. Jest to model o dwóch stopnach swobody, reprezentujący dynamkę ćwartk zaweszena pojazdu w kerunku ponowym. Model fzyczny zaweszena powązanego z kołem jednym pojazdu przedstawa rys. 1. Przedstawony model fzyczny opsuje układ równań różnczkowych (1). Z analzy równa ruchu masy resorowanej wynka, że w chwl, gdy ugęce elementu sprężystego zaweszena jest równe jego odkształcenu dla równowag statycznej z-z1=0, chwlowa wartość sły dynamcznej, dzałającej na tę masę, jest równoważona chwlową wartoścą sły tłumena. Przy uwzględnenu, że masa resorowana jest stała, zmany wartośc tej sły dynamcznej są powązane ze zmanam chwlowych wartośc przyspeszeń, dzałających na masę nadwoza. m 1 z c m z1c z1) k z ) 0 z1) c 1 h) k h) k z ) 0 1 (1) Model symulacyjny ćwartk zaweszena o dwóch stopnach swobody (DOF) pojazdu samochodowego wykonano uruchomono w programe Matlab/Smulnk. W badanach symulacyjnych stosowano lnowe nelnowe charakterystyk tłumena zaweszena. Przykładowe charakterystyk tłumena, wykorzystywane w modelach symulacyjnych, przedstawają rys., 3, 4 5.

3 Aplkacja metody badań własnośc dynamcznych Rys. 1. Model zaweszena pojazdu samochodowego, m masa resorowana, m 1 masa neresorowana, k współczynnk sprężystośc zaweszena, k 1 współczynnk sprężystośc koła, c współczynnk tłumena zaweszena, c 1 współczynnk tłumena koła, h wymuszene pochodzące od nerównośc drog, z przemeszczena ponowe masy resorowanej, z 1 przemeszczena ponowe koła (masy neresorowanej) Fg. 1. The quarter model of car suspenson. m sprung mass, m 1 unsprung mass, c 1 stffness of wheel, c stffness of suspenson, k dampng of suspenson, k 1 dampng of wheel, h exctaton, z vertcal dsplacement of sprung mass, z 1 vertcal dsplacement of wheel Rys.. Charakterystyka tłumena nr 15, wykorzystana w badanach symulacyjnych Fg.. Dampng characterstcs No. 15 used n the smulaton tests

4 10 J. Warczek, K. Broncel Rys. 3. Charakterystyka tłumena nr 16, wykorzystana w badanach symulacyjnych Fg. 3. Dampng characterstcs No. 16 used n the smulaton tests Rys. 4. Charakterystyka tłumena nr 3, wykorzystana w badanach symulacyjnych Fg. 4. Dampng characterstcs No. 3 used n the smulaton tests

5 Aplkacja metody badań własnośc dynamcznych Rys. 5. Charakterystyka tłumena nr 4, wykorzystana w badanach symulacyjnych Fg. 5. Dampng characterstcs No. 4 used n the smulaton tests Wynkam przeprowadzonych badań symulacyjnych były sygnały drganowe, powązane z elementam modelu zaweszena pojazdu. W warunkach eksploatacyjnych sposób pozyskwana nformacj o parametrach dynamcznych zaweszena badanego pojazdu opera sę na pomarze wybranych sygnałów drganowych. Dlatego spośród uzyskanych wynków zostały wybrane dwa parametry drganowe, które bez wększych problemów są możlwe do zarejestrowana na rzeczywstym pojeźdze [5]. Konkretne chodz o przyspeszene masy resorowanej względne przemeszczene mas resorowanej neresorowanej. Przykładowe wynk badań symulacyjnych, uzyskane z modelu zaweszena przy wymuszenach typu Chrp o lnowo narastającej częstotlwośc, badana losowego opowadającego rzeczywstym nerównoścom drog krajowej drugej kategor przedstawają rys Rys. 6. Przyspeszena drgań masy resorowanej modelu przy wymuszenu typu Chrp Fg. 6. Vbraton acceleraton of the sprung mass model by forcng the type of Chrp

6 1 J. Warczek, K. Broncel Rys. 7. Przyspeszena drgań masy resorowanej modelu przy wymuszenu typu losowego Fg. 7. Vbraton acceleraton of the sprung mass model by forcng the type random Uzyskane wynk badań symulacyjnych zostały zapsane w postac plków, które były poddawane analze w następujących krokach: - sygnał przemeszczeń zostaje poddany różnczkowanu w celu uzyskana sygnału zman prędkośc w czase, - następne przeprowadza sę detekcję punktów na os czasu, w których wartość ugęca dynamcznego elementu sprężystego zaweszena równa sę jego odkształcenu w warunkach obcążena statycznego, - kolejnym krokem jest zaps wartośc chwlowych przyspeszeń m prędkośc względnej podczas przejść przez zero sygnału przemeszczeń, - zobrazowane otrzymanych wartośc na dwuwymarowym wykrese XY, gdze os X odpowada prędkośc względnej mas pojazdu, a oś Y przyspeszenu masy resorowanej. Schemat metody uzyskwana nformacj końcowej w postac wykresu obrazu charakterystyk tłumena, szczegółowo opsany w pracy [6], przedstawono w postac schematu procesowego na rys. 8. Pomar rejestracja wartośc: z1) z Porównane z1) do zera Wyznaczane wartośc ( 1 z z ) Jeżel z1) 0, to zaps wartośc z z1) do macerzy wynkowej Wygenerowane wykresu z f z z1 Rys. 8. Schemat przetwarzana sygnałów drganowych zarejestrowanych w czase jazdy Fg. 8. The scheme of sgnal processng of vbratons

7 Aplkacja metody badań własnośc dynamcznych Ostatnm etapem analzy jest porównane uzyskanego wykresu z kształtem charakterystyk tłumena wykorzystanej jako dane wsadowe w modelu oblczenowym, co umożlwa ocenę stanu techncznego badanego zaweszena. Opsany algorytm został przetłumaczony na język G na rys. 9 przedstawono jego wdok w postac dagramu blokowego. Rys. 9. Wdok ogólny programu w środowsku LabVew Fg. 9. The vew of workng dagram n Lab Vew Na podstawe sygnału przemeszczeń względnych mas resorowanej neresorowanej w programe wyznaczana jest postać przebegu zman prędkośc względnej. Zgodne ze schemat procesu przetwarzana wynków oblczeń neustalonych drgań modelu dynamcznego zaweszena, kolejnym krokem było wyznaczene macerzy wynkowej. 3. WYNIKI PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW W PROGRAMIE LABVIEW Wynkem procesu przetwarzana danych wejścowych w programe LabVew są zbory wykresów. Przykładowe wynk zostały pogrupowane ze względu na rodzaj wymuszena wykorzystywanego w badanach symulacyjnych. Rys. 10. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 16 - wymuszene typu Chrp Fg. 10. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No forcng the type of Chrp

8 14 J. Warczek, K. Broncel Rys. 11. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 16 Fg. 11. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 16 Rys. 1. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 15 - wymuszene typu Chrp Fg. 1. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No forcng the type of Chrp Rys. 13. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 15 Fg. 13. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 15

9 Aplkacja metody badań własnośc dynamcznych Rys. 14. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka nr 3 - wymuszene typu Chrp Fg. 14. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No. 3 - forcng the type of Chrp Rys. 15. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 3 Fg. 15. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 3 Rys. 16. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 4 - wymuszene typu Chrp Fg. 16. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No. 4 - forcng the type of Chrp

10 16 J. Warczek, K. Broncel Rys. 17.Wyznacz uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 4 Fg. 17. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 4 Rys. 18. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 16 - wymuszene typu losowego Fg. 18. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No forcng the type of random Rys. 19. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 16 Fg. 19. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 16

11 Aplkacja metody badań własnośc dynamcznych Rys. 0. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 15 - wymuszene typu losowego Fg. 0. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No forcng the type of random Rys. 1. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 15 Fg. 1. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 15 Rys.. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 3 - wymuszene typu losowego Fg.. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No. 3 - forcng the type of random

12 18 J. Warczek, K. Broncel Rys. 3. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 3 Fg. 3. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 3 Rys. 4. Przebeg czasowe przyspeszeń drgań masy resorowanej względnych przemeszczeń mas resorowanej neresorowanej zamportowane z programu Matlab - charakterystyka tłumena nr 4 - wymuszene typu losowego Fg. 4. The body of car acceleraton vbraton (m ) and relatve dsplacement of the suspenson mported from Matlab - dampng characterstcs No. 4 - forcng the type of random Rys. 5. Uzyskany obraz kształtu charakterystyk tłumena nr 4 Fg. 5. The resultng mage of the shape of the dampng characterstcs No. 4

13 Aplkacja metody badań własnośc dynamcznych Uzyskane wynk potwerdzają przydatność prezentowanej metody do wyznaczana parametrów dynamcznych zaweszeń pojazdów. Wynk w postac obrazu charakterystyk tłumena można uzyskać przy dowolnym rodzaju wymuszena, pod warunkem zachowana pewnego założonego pasma częstotlwośc. Do tego celu nadają sę zarówno wymuszena determnstyczne, jak stochastyczne. Poneważ zaprezentowana metoda ne wymaga stosowana dodatkowych wzbudnków drgań, węc można ją wykorzystać do wyznaczana parametrów dynamcznych zaweszeń pojazdów o DMC powyżej 3,5 tony lub po określenu wartośc grancznych, jako metodę dagnostyczną np. amortyzatorów. Zaletą opsanej procedury jest możlwość jej przeprowadzena w warunkach eksploatacyjnych. Może to stanowć o aplkacyjnośc tej metody w pokładowych systemach dagnostycznych pojazdów. 4. PODSUMOWANIE Przedstawona metoda ne wymaga kosztownych urządzeń, a ocena stanu techncznego może odbywać sę w rzeczywstych warunkach jazdy. Oprogramowane łatwo dostosować do dzałana w środowsku Wndows zastosować na urządzenu przenośnym typu tablet. Take rozwązane można równeż wprowadzć do urządzeń dagnozowanych przez system EOBD możlwe będze montorowane zaweszena pojazdu. Stały montorng prowadzony w czase normalnej eksploatacj pozwala na beżąco porównywać uzyskane wykresy przyspeszeń drgań w funkcj prędkośc względnej z danym wzorcowym lub bazą danych, opracowaną w czase hstor użytkowana. Kedy uzyskwane wynk zaczną przekraczać wyznaczony zakres granczny, pokładowy system dagnostyczny będze przekazywał kerowcy nformację o pogorszenu sę stanu techncznego zaweszena. Jest to szczególne stotne w pojazdach cężkch, gdze dostępne metody dagnostyczne często ne są wystarczające, a dagnostyka podczas ruchu w warunkach rzeczywstych obecne ne jest stosowana. Bblografa 1. Skorsk J.: Amortyzatory pojazdów samochodowych. Wydawnctwo Komunkacj Łącznośc, Chruścel M.: LabVIEW w praktyce. Wydawnctwo BTC, Dxon C.J.: The Schock Absorber Handbook. John Wley & Sons, Ltd., Gardulsk J., Warczek J.: Badana symulacyjne układu mechancznego z aktywnym tłumenem drgań. Problemy Transportu, t. 1, z. 1, 006, s Gardulsk J., Warczek J.: Identfcaton of dampng characterstc example suspenson of car the hydropneumatc constructon. Dagnostyka, nr 3, 009, p Warczek J., Burdzk R., Peruń G.: The method for dentfcaton of dampng coeffcent of the trucks suspenson. Smart dagnostcs V. Selected, peer revewed papers from the 5th Internatonal Congress of Techncal Dagnostcs, Krakow Poland, September 3-5, 01, (ed.): T. Uhl, Stafa-Zurch, Trans Tech Publcatons, 014, s , Key Engneerng Materals; Vol. 588, p