Examination of computational procedures from the point of view of their applications in the simulation of torsional vibration in the motorcycle steering system, with freeplay and friction being taken into account

• Autorzy: Żardecki D. , Dębowski A.

Warianty tytułu

PL

Badania procedur obliczeniowych pod kątem zastosowań w symulacji drgań skrętnych w układzie kierowniczym motocykla z uwzględnieniem luzu i tarcia

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The torsional vibrations that occur in the motorcycle steering system pose a significant problem for motorcyclist's safety. These vibrations are particularly conspicuous in the motorcycles operated with high dynamic loads, where the impact of freeplay and friction emerges due to mechanical wear. The vibrations generated in the motorcycle steering system in the presence of freeplay and friction have peculiar nonlinear nature typical of stick-slip processes. Due to the threshold-like phenomena reflected in the nonlinearities related to freeplay and friction, it is difficult to simulate the behaviour of such systems and comprehensive preliminary research must be first carried out for this purpose. In this paper, simulation tests of the torsional vibrations that occur in a simplified equivalent model of the steering system (torsional pendulum) have been described. A mathematical model of the system has been given, inclusive of an original method of generating external inputs. Computer software developed in the Matlab-Simulink environment has been presented. The impact of computational procedures on simulation results, including impact of the method used to implement the slick-slip model in the simulation program, impact of the type of the algorithms used to integrate differential equations, and impact of the preset numerical parameters, has been analysed.

PL

Drgania skrętne występujące w układzie kierowniczym stanowią istotny problem dla bezpieczeństwa użytkownika motocykla. Drgania te są szczególnie widoczne w motocyklach eksploatowanych przy dużych obciążeniach dynamicznych. Wówczas, na skutek zużycia mechanicznego, znacząco objawia się wpływ luzu i tarcia. Drgania generowane w układzie kierowniczym motocykla w obecności luzu i tarcia mają osobliwy nieliniowy charakter procesów stick-slip. Z uwagi na progowy charakter nieliniowości związanych z luzem i tarciem oraz zmienność struktury modelu, realizacja symulacji takich układów jest trudna i wymagająca rozległych badań wstępnych. W niniejszej pracy relacjonowane są testy symulacyjne drgań skrętnych występujących w uproszczonym zastępczym modelu układu kierowniczego (wahadło torsyjne). Podano matematyczny model układu, w tym także oryginalny sposób generowania wymuszeń zewnętrznych. Przedstawiono oprogramowanie w środowisku Matiab-Simulink. Badany jest także wpływ procedur obliczeniowych na wyniki symulacji, w tym: wpływ sposobu implementacji modelu stick-slip w programie symulacyjnym, wpływ rodzaju zastosowanych algorytmów całkowania równań różniczkowych, a także wpływ zadawanych parametrów numerycznych.

Słowa kluczowe

EN

systems with freeplay and friction; simulation of vibrations; sensitivity analysis; computational procedures; MATLAB Simulink

PL

układy z luzem i tarciem; symulacja drgań; badanie wrażliwości; procedury obliczeniowe; MATLAB/Simulink

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 64, nr 2
• Strony: 79--95, 179--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il.

Twórcy

autor

Żardecki D.

• Wojskowa Akademia Techniczna (WAT), Wydział Mechaniczny, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Dębowski A.

• Wojskowa Akademia Techniczna (WAT), Wydział Mechaniczny, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] ARMSTRONG-HELOUVRY B., DUPONT P., CANUDAS DE WIT C.: 1994, A Survey of Models, Analysis Tools and Compensation Methods for the Control of Machines with Friction. Vol.30, Nr7, Automatica, 1994, s. 1083-1138.
• [2] BROGLIATO B., DAM A., PAOLI L., GENOT F., ABADIE M.: Numerical simulation of finite dimensional multibodynonsmooth mechanical systems. Applied Mechanical Review, ASME, 2002, Vol. 55, Nr 2, s.107-150.
• [3] COSSALTER V.: Motorcycle Dynamics. Wielka Brytania, 2006.
• [4] PACEJKA H. B.: Tyre and vehicle Dynamics. Oxford, Elsevier, 2012.
• [5] SZCZOTKA M., TENGLER S., WOJCIECH S.: Numerical effectiveness of models and methods of integration of the equations of motion of a car. Differential Equations and Nonlinear Mechanics. Art. ID 49157, 2007.
• [6] ŻARDECKI D.: Piecewise Linear luz(...) and tar(...) Projections. Part 1 - Theoretical Background. Journal of Theoretical and Applied Mechanics 2006. Vol.44, No.1, s.163-184.
• [7] ŻARDECKI D.: Piecewise Linear luz(...) and tar(...) Projections. Part 2 - Application in Modeling of Dynamic Systems with Freeplay and Friction. Journal of Theoretical and Applied Mechanics 2006, Vol.44, No.1, s. 185-202.
• [8] ŻARDECKI D.: Modelowanie luzu i tarcia oparte na odwzorowaniach luz(...) i tar(...) - podstawy teoretyczne i zastosowanie w symulacji drgań nieliniowych w układach kierowniczych samochodów. Rozprawa habilitacyjna. Warszawa, Wojskowa Akademia Techniczna, 2007.
• [9] Dokumentacja Matlab-Simulink, http://www.mathworks.com/