Analiza numeryczna dynamiki pojazdu : model matematyczny oraz jego weryfikacja

• Autorzy: Szczotka M.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of the dynamic of vehicle: mathematical model and its verification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono model pojazdu zbudowany przy wykorzystaniu metody przekształceń jednorodnych i współrzędnych złączonych. Umożliwia ona wprowadzenie równań ruchu mechanicznych układów wieloczłonowych, przy stosowaniu podejścia, polegającego na przedstawieniu ruchu ciał jako ruchu względnego. Formalizm ten różni się od powszechnie stosowanych metod wykorzystujących współrzędne absolutne i równania więzów, które są określone dla typowych, stosowanych w pojazdach połączeń. Równania ruchu otrzymano w oparciu o równania Lagrange.a II rodzaju. Model matematyczny pojazdu, uwzględnia jego złożoną strukturę, oraz układ napędowy, który zbudowano w dwóch wersjach: jako klasyczny (silnik z mechanizmem różnicowym) oraz napęd niezależny. W drugiej części artukułu przedstawiono wyniki obliczeń, które uzyskano przy pomocy własnego oprogramowania. Wyniki obliczeń zweryfikowano poprzez ich porównanie z wynikami uzyskanymi z: badań, wykonanych na rzeczywistym obiekcie oraz przy użyciu pakietu MSC.ADAMS. Przedstawiono również wnioski, charakteryzujące zalety i wady proponowanego podejścia.

EN

The paper presents the model of small vehicle (of the class A) dynamics. The strustural models of suspensions, the steering and drive systems in two versions are presented. The homogenous transformations and joint coordinates as well as Lagrange second order equations were applied in order to derive equations of motion. Special attention was paid to modelling of closed kinematic chains. In the method (based on joint coordinates), that situation takes place, when joint equations have to be formulated. In second part of the paper, some verification of the models and developed computer programm are presented. In the first step direct road measurements were carried out (comparison between calculated and measured accelerations of car elements while passing obstacles are compared). In second step, indirect verification is proposed: adecuate model of the vehicle in the MSC.ADAMS environment was developed and another simulations were performed. In both direct and indirect verifications, acceptable correspondence was archieved.

Słowa kluczowe

PL

analiza numeryczna; modelowanie dynamiki pojazdów

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2005
• Tom: Nr 3
• Strony: 249--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Szczotka M.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Bibliografia

• [1] KIM S.: A Subsystem Synthesis method for Efficient Vehicle Multibody Dynamics. Multibody System Dynamics, Vol.7 Nr 2, 189-207, 2002.
• [2] ADAMIEC- WÓJCIK I.: Modelling dynamics of multibody systems using homogenous transformations. Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Rozprawy Naukowe, Zeszyt nr 3, Bielsko-Biała, 2003.
• [3] GRZEGOŻEK W., ADAMIEC-WÓJCIK I., WOJCIECH S.: Komputerowe modelowanie dynamiki pojazdów samochodowych. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej. Kraków 2003.
• [4] LOZIA Z.: Analiza ruchu samochodu dwuosiowego na tle modelowania jego dynamiki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Prace Naukowe, Transport z. 41. (in polish), 1998.
• [5] GEAR C. W.: Simultaneous numerical solution of differential-algebraic equations. Circuit Theory, 18, 89-95, 1971.
• [6] AMBROSIO J. A., GONCALVES J. P. C.: Complex Flexible Multibody Systems with Application to Vehicle Dynamics. Multibody System Dynamics, Vol.6, Nr 2, 163-182, 2001.
• [7] BLUNDELL M. V.: The modeling and simulation of vehicle handling. Part 1: analysis method, Part 2: vehicle modelling. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 213, Part K, 103-134, 1999.
• [8] BLUNDELL M. V.: The modeling and simulation of vehicle handling. Part 3: tyre modelling. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 214, Part K, 1-32, 1999.
• [9] BLUNDELL M. V.: The modeling and simulation of vehicle handling. Part 4: handling simulation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 214, Part K, 71-94, 2000.
• [10] HEGAZY S., RAHNEJAT H., HUSSAIN K.: Multi-Body Dynamics in Full-Vehicle Handling Analysis under Transient Manoeuvre. Vehicle System Dynamics, 34, 1-24, 2000.
• [11] MEIJAARD J. P.: Application of Runge-Kutta-Rosenbrock Methods to the Analysis of Flexible Multibody Systems. Multibody System Dynamics, 10, 263-288, 2003.
• [12] NEGRUT D., HAUG E. J., GERMAN H. C.: An Implicit Runge-Kutta Method for Integration of Differential Algebraic Equations of Multibody Dynamics. Multibody System Dynamics, 9, 121-142, 2003.
• [13] SANDU A., NEGRUT D., HAUG E. J., POTRA F. A., SANDU C.: A Rosenbrock-Nystom state space implicit approach for the dynamic analysis of mechanical systems: I – theoretical formulation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol 215, Part K, Journal of Multibody Dynamics, 263-271, 2003.
• [14] NEGRUT D., SANDU A., HAUG E. J., POTRA F. A., SANDU C.: A Rosenbrock-Nystom state space implicit approach for the dynamic analysis of mechanical systems: I – theoretical formulation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol 215, Part K, Journal of Multibody Dynamics, 273-281, 2003.
• [15] DUAN S., ANDERSON K. S.: Parallel Implementation of Low Order Algorithm for Dynamics of Multibody Systems on a Distributed Memory Computing System. Engineering with Computers, 16, 96-108, 2000.
• [16] NEGRUT D.: Linear Algebra Considerations for the Multi-Threaded Simulation of Mechanical Systems. Multibody System Dynamics, 10, 61-80, 2003.
• [17] RODRIGUEZ J. I., JIMENEZ J. M., FUNES F. J., DE JALON J. G.: Dynamic Simulation of Multi-Body Systems on Internet Using CORBA, Java and XML. Multibody System Dynamics, 10, 177-199, 2003
• [18] CHU T. W., JONES R. P., WHITTAKER L. M. T.: A System Theoretic Analysis of Automotive Vehicle Dynamics and Control. Vehicle System Dynamics Supplement 37, 83-95, 2002.
• [19] YU KK., LUO A. C. J., HE Y.: Stability and vibration of a non-linear vehicle and passenger system. Journal of Multi-body Dynamics, Vol. 16, 109-116, 2002.
• [20] WAN Y., SCHIMMELS J. M.: Improved Vibration Isolating Seat Suspension Designs Based on Position-Dependent Nonlinear Stiffness and Damping Characteristics. Transactions of ASME, Vol. 125, 330-338, 2003.
• [21] ESMALIZADEH E., GODARZI A., VOSSOUGHI G. R.: Directional stability and control of four–wheel independent drive electric vehicle. Journal of Multi-Body Dynamics, 303-313, 2002.
• [22] KRUSZEWSKI J., SAWIAK S., WITTBRODT E.: Metoda sztywnych elementów skończonych w dynamice konstrukcji. WNT, Warszawa 1999.
• [23] SZCZOTKA M.: Modelowanie ruchu pojazdu przy uwzględnieniu różnych układów przeniesienia napędu. Praca doktorska, Akademia Techniczno–Humanistyczna w Bielsku-Białej, 2004.
• [24] SZCZOTKA M., WOJCIECH S.: Model for simulation of vehicle dynamics, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. L, 2003, 4, str. 347-362.
• [25] HARLECKI A.: Metoda analizy dynamicznej mechanicznych układów wieloczłonowych z tarciem suchym w parach kinematycznych, Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Rozprawy Naukowe nr 2, Bielsko-Biała, 2002.
• [26] DUGOFF H., FANCHER P. S., SEGEL L.: An analysis of tire traction properties and their influence on vehicle dynamics performance. In: Proceedings FISTA Int. Auto. Safety Conf., SAE Paper 700377, 1970.
• [27] BAKKER E., NYBORG L., PACEJKA H. B.: Tire Modeling for Use in Vehicle Dynamics Studies. SAE Paper 870421, 1987.
• [28] ZEGELAAR P. W., PACEJKA H. B.: The In-Plane Dynamics of Tyres on Uneven Roads, Proceedings of 13th IAVSD Symposium on the Dynamics of Vehicles on Roads and Tracs, Suppl. Vehicle System Dynamics, 25, 714-730, 1996
• [29] LEGRAS J.: Praktyczne metody analizy numerycznej. WNT, Warszawa 1974.
• [30] BARON B., MARCOL A., PAWLIKOWSKI S.: Metody numeryczne w Delphi 4. Wydawnictwo HELION, Gliwice 1999.
• [31] PRESS W. H., TEUKOLSKY S. A., VETTERLING W. T., FLANNERY B. P.: Numerical Recipes in C. Second Edition. Cambridge University Press, 1992.
• [32] WOJCIECH S., SZCZOTKA M.: Some numerical aspects of solving the equations of vehicle motion. Proceedings of KONMOT-AUTOPROGRES ‘2004.